DE3907887C2 - - Google Patents

Description

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

Körper werden vorzugsweise in die Wand oder den Boden eines metallurgischen Behandlungsgefäßes (zum Beispiel Elektroofen, Konverter, Tundish, Pfanne, Roh­ eisenrinne, Vakuumofen, Entgasungsgefäß) 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 Körper beschrieben, der zum Einblasen von Gasen oder Fest­ stoffen in eine Metallschmelze enthaltende Pfanne dienen soll. Der Körper besitzt dazu einen mittigen, großen Durchlaßkanal. Eine solche Vorrichtung ist in der Praxis nicht einsetzbar, weil bei dieser Größe eines Durchlaßkanals ohne weiteres Metallschmelze in den Körper eindringen und die Einrichtung zerstören würde.

Es besteht ein dringendes Bedürfnis, auch Feststoffe in die Metallschmelze einzudüsen, zum Beispiel

• - zum Entschwefeln mit Feinkalk oder Gemischen aus Feinkalk und Soda, aber auch Calciumcarbid (CaC₂) oder Kalkstickstoff (CaCN₂);
• - zur Entsilizierung und Entphosphorierung bei einer Roheisenrinne, unter anderem mit Kalk;
• - zur Zufuhr von Kohlenstoffstaub während des Blasens im Konverter nach der Entkohlung;
• - zur Zuführung von Kohlenstoff in die Schmelze in einem Elektrolichtbogenofen.

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.

Aus der US-A-44 70 582 ist ein mehrteiliger Körper bekannt, in dem ein Ventil ausgebildet ist. Auch dieser Körper ist kompliziert aufgebaut und es können keine Feststoffe hindurchgeblasen werden, da das Ventil ver­ stopfen würde.

Die genannten Spülelemente können auch nicht zum Sauer­ stoffblasen zum Beispiel in einem Konverter benutzt werden, da die Abbrennverluste (der Verschleiß) zu hoch sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Körper zum Einbringen von Gasen, insbesondere Inertgasen und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in Pulver- oder Drahtform anzubieten, der einfach auf­ gebaut ist, eine gute Dosiermöglichkeit auch beim Ein­ satz für Transportgefäße bietet und möglichst viel­ seitig verwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bisher bekannten Körper 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 Behandlungsgefäßes angeordnet wird.

Die Erfindung beschreibt in ihrer allgemeinsten Ausführungs­ form einen Körper zum Einbringen von Gas- und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in ein metallurgisches Schmelzgefäß, mit den weiteren Merkmalen des Anspruchs 1.

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

Der grundlegende Unterschied gegenüber konventionellen Körpern besteht darin, daß der zylindrische Körper jetzt an dem Ende, das später der Metallschmelze zugewandt ist, 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 Körper 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 Körper und damit dessen Auslaßöffnung soweit abgesenkt wird, daß die Auslaßöffnung gegen die Innenwand des Lochsteins dichtend anliegt.

Dabei sind grundsätzlich zwei verschiedene Zuordnungen des zylindrischen Körpers zum Lochstein möglich. In einer ersten Variante ist der Körper dabei wie ein Stopfen ausge­ bildet, der an seinem unteren Ende, dort, wo bei einem Stopfen der Stopfenkopf sitzt, die genannte(n) Auslaß­ öffnung(en) aufweist, während sich der Gas-/Feststoff­ kanal vom Bereich der Auslaßöffnung(en) nach oben er­ streckt und oberhalb des Spiegels der Metallschmelze ist die Vorrichtung dann zum einen an eine entsprechende Halte- und Hubvorrichtung angelenkt, zum anderen an eine Gas- und/oder Feststoff-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 Auslaßöffnungen über den Lochstein nach oben in die Metallschmelze vorragt, kann zum Beispiel 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 Aus­ führungsform mit mehreren Auslaßöffnungen in unter­ schiedlicher (axialer) Zuordnung können so je nachdem, wie weit die Vorrichtung in den zugehörigen Lochstein eingeschoben ist, unterschiedliche Gasmengen (entspre­ chend der Zahl der gegenüber der Metallschmelze offenen Auslaßöffnungen) in die Metallschmelze eingedüst werden. Ebenso ist es möglich, die Auslaßöffnungen schlitzförmig (in axialer Richtung des Körpers) zu gestalten. Ragen die Schlitze dann nur teilweise über den Lochstein in die Metallschmelze vor, strömt weniger Gas beziehungs­ weise weniger Feststoff in die Schmelze ein als wenn die Schlitze ganz frei liegen, da der Ausströmquerschnitt im ersten Fall kleiner ist.

In der zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Auslaßöffnung(en) am oberen Ende des zylindrischen Körpers angeordnet sind, wobei dann die Restlänge des Körpers nach unten aus dem Lochstein ragt und der Gaskanal gleichfalls sich zum unteren stirnseitigen Ende des Körpers 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 eine abgedichte Lage gegenüber dem Lochstein zu bringen.

Aufgrund der vorstehenden Ausführungen ergibt sich ohne weiteres, daß die Querschnittsform des Körpers zumindest im Bereich der Auslaßöffnung(en) der des Lochsteins entsprechen muß, so daß der Körper ohne Spiel im Lochstein bei flächiger Anlage der korres­ pondierenden Oberflächen geführt werden kann. So wird sicher verhindert, daß Metallschmelze seitlich zwischen Körper und Lochstein unkontrolliert auslaufen kann. Vorzugsweise werden Körper 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 Körpers werden nach­ stehend beschrieben. Zuvor wird jedoch noch eine zu­ sätzliche Verwendungsmöglichkeit des Körpers aufge­ zeigt, die sich insbesondere anbietet, wenn der Körper von unten in einen Lochstein hineinragt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich nämlich von dessen unterem, stirnseitigen Ende mindestens ein weiterer Kanal axial nach oben in Richtung Metallschmelze, der im Abstand zu seinem unteren, offenen Ende in mindestens eine, zur Umfangs­ fläche 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 Körpers im zugehörigen Lochstein kann bei dieser Ausführungsform der Körper gleich­ zeitig die Funktion eines Verschluß-/Auslauforgans für die Metallschmelze übernehmen. In der "angehobenen" Position stehen dann nämlich nicht nur gegebenenfalls die Auslaßöffnungen für das Gas und/oder die Feststoffe in direkter Verbindung mit der Metallschmelze, sondern auch die genannten Zuführöffnungen, über die Metall­ schmelze in den Körper hineinläuft, die dann nach unten über den weiteren Kanal aus dem metallurgischen Schmelzgefäß abgeführt wird. Umgekehrt ergibt sich in "abgesenkter" Position des Körpers eine Verschluß­ stellung, 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 Körpers betrachtet) die jeweiligen Zuführ-/Auslaß­ öffnungen dann angeordnet sind, kann entweder nur gespült werden (dies schließt erfindungsgemäß stets auch die Zuführung von entsprechenden festen Reaktions- und Zusatzstoffen über dieselbe Leitung oder eine weitere Leitung ein) oder nur Schmelze aus dem metallurgischen Schmelzgefäß abgeführt werden oder aber - was besonders bevorzugt ist - beide Maßnahmen können miteinander kombiniert werden.

Wenn, nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die Zuführöffnungen und/oder Auslaßöffnungen im wesentlichen radial von der zylindrischen Umfangsfläche des Körpers 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 Körper bezüglich seiner Auslaufeinrichtung für die Metallschmelze weiterbilden:

• - Anstelle eines zylinderförmigen Kanals kann dieser auch zum unteren Auslaufende hin konisch sich ver­ jüngend ausgebildet sein, wodurch gleichzeitig eine Zentrierung des Gießstrahls möglich wird.
• - Sind die Zuführöffnungen in Axialrichtung des Körpers 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 Körpers aufweisen, wird sichergestellt, daß auch in der Verschlußstellung sämtliche Restschmelze nach unten ausläuft.
• - Eine zusätzliche Dichtfläche kann dadurch geschaffen werden, daß der zylindrische Körper 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 Körper von oben eingeführt wird ist es vorteilhaft, ober­ halb des mit den Zuführöffnungen versehenen Abschnitts den Körper 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 Körper, der von unten in den Lochstein hineinragt, wobei dann der glocken­ förmige Abschnitt stets oberhalb des oberen Endes des Lochsteins verbleibt.
• - Wird der Körper 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 Körper 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 Körper 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, mit denen bei Erreichen eines vorgeb­ baren Druckes den Körper soweit nach oben fahrbar ist, daß die Auslaßöffnungen und/oder Zuführöffnungen gegen­ über der Schmelze im metallurgischen Schmelzgefäß frei­ liegen und bei Unterschreiten des Druckes der zylindrische Körper soweit absenkbar ist, daß seine Auslaßöffnungen und/oder Zuführöffnungen gegenüber dem den zylindrischen Körper aufnehmen­ den feuerfesten Material des Bodens oder der Wand (also gegenüber dem Lochstein) des metallurgischen 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 Körpers 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 Körper 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 Körper 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 Körpers wird anhand der beigefügten Zeichnung nachstehend noch näher erläutert.

Der erfindungsgemäße Körper ermöglicht nicht nur Gase in die Metallschmelze einzuspülen, sondern auch feste Reaktions- und Zusatzstoffe einzudüsen, insbeson­ dere in Pulverform, und zwar entweder zusammen mit dem Gas oder über eine getrennte Leitung, die dann im Abstand zur reinen Gasleitung verläuft. Es ist aber auch möglich, die Feststoffe als Draht über den Gaskanal beziehungsweise die Auslaßöffnung in die Metallschmelze einzuspulen. Aufgrund der beschriebenen Möglichkeit, den Körper 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 äufweisen 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 Körpers 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 Körper - selbst auch zur Durchführung von Gas genutzt werden, wobei dann vorzugsweise auf bekannte Weise unterhalb des zylindrischen Körpers eine Gas­ verteilkammer vorgesehen wird, die über eine getrennte Gaszuführleitung versorgt wird. Der Körper ist dann vorzugsweise zumindest im Bereich der Gasverteilkammer blechummantelt ausgebildet.

Der neue Körper kann durch verschiedene weitere konstruktive Maßnahmen so weiter ausgebildet werden, daß sich zusätzliche Anwendungsbereiche ergeben.

Zum Beispiel können zwei Gaszuführkanäle im Körper konzentrisch zueinander angeordnet werden. Die Kanäle werden dabei zum Beispiel durch zwei über Abstandhalter gehaltene Metallrohre gebildet und beide Kanäle/Rohre münden seitlich in die Umfangsfläche des Körpers, wobei das äußere Rohr im feuerfesten Matrixmaterial fest eingepreßt liegt. Hierdurch wird eine Körper­ form ähnlich der bekannten OBM-Düse gebildet. Dieser Körper läßt sich dann zum Sauerstoffblasen verwenden, wobei durch den inneren Kanal Sauerstoff und durch den äußeren Ringkanal ein Inertgas oder Kühlgas, zum Beispiel Propan eingeblasen wird. Das Gas sorgt dafür, daß Abbrennverluste (Erosionserscheinungen) durch den eingedüsten Sauerstoff vermieden werden, und zwar sowohl am Feuerfestmaterial wie an den Metallrohren. In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, den Körper drehbar anzuordnen. Dazu wird die Hubeinrichtung durch eine Drehvorrichtung für den Körper ergänzt. Sollte es nämlich doch einmal zu Abbrandverlusten zum Beispiel im Bereich des oberen Endes des zugehörigen Lochsteins kommen, können diese gestoppt werden, indem der Körper um einen bestimmten Winkel verdreht wird. Diese Aus­ führungsform setzt voraus, daß der Körper eine kreis­ zylindrische Umfangsfläche hat. Der Körper kann auch in Kombination mit konventionellen Körpern eingesetzt werden. Dann werden zum Beispiel in der Konverterwand mehrere übliche Körper und ein er­ findungsgemäßer höhenverstellbarer Körper im Abstand zueinander eingesetzt und der Sauerstoff-Körper wird nach Bedarf zu den anderen Körpern zugeschaltet. Hierdurch können zum Beispiel die Schrottauflösung beschleunigt und die Frischdauer verkürzt werden.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich die verschiedenen konstruktiven Maßnahmen, die vorstehend beschrieben wurden, auch in beliebigen Kombinationen verwirklichen lassen.

Je nach Anwendungsbereich können beliebige Gase und/oder Feststoffe sowohl über getrennte Kanäle als auch gemein­ sam eingeblasen werden. Neben einer Behandlung mit Argon oder Sauerstoff ist die Behandlung mit Stickstoff zu nennen. Als Feststoffe können neben den genannten Stoffen auch Kohlenstoff oder Zunder eingedüst werden, vorzugsweise jeweils in Pulver- oder Staubform.

Der höhenverstellbare Körper ermöglicht es insbeson­ dere, eine Behandlung zu beliebiger Zeit und über eine beliebige Dauer vorzunehmen. So kann zum Beispiel beim Einsatz im Elektrolichtbogenofen Sauerstoff und/oder Kohlenstoffstaub erst nach Bildung eines flüssigen Sumpfes eingeblasen werden. Dazu wird der Körper dann in die "Offenstellung" verfahren. Durch Rückführung in die "Schließstellung" kann diese Behandlung jederzeit wieder unterbrochen werden und ohne die Gefahr von Schmelzinfiltrationen in den Körper.

Die Zeichnung zeigt in stark schematisierter Schnitt-Dar­ stellung verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gaskörpers, 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, in Fig. 4 ein Beispiel für einen Gaskörper, der gleichzeitig ein Auslaufventil bildet und in Fig. 5 einen Körper zum Sauerstoffblasen.

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 Körper 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 Körpers 16. Wie sich insbesondere aus der Schnitt­ darstellung oben rechts (Fig. 1a) ergibt, verlaufen vom oberen Ende des Gaskanals 22 insgesamt sechs als Kanäle gestaltete Auslaßöffnungen 26 etwa radial mit leichter Neigung zur oberen Stirnfläche 24 hin bis zur Umfangsfläche 18.

Der Körper 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 Körpers 16 ist. Der Körper 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 befestigt. 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 Körper 16 nach oben bewegt wurde in die in Fig. 1 dargestellte "offene Stellung", bei der die Auslaßöffnungen 26 oberhalb des oberen Endes des Körpers 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 Körper 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 Körper 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 Körper und Lochstein kein Raum ist.

Die konkrete Ausbildung des Körpers 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 Körper 16 aus einem verpreßten Zirkon­ dioxid-Werkstoff, der es ermöglicht, ihn mit besonders glatten Oberflächen auszubilden, die es ermöglichen, daß der Körper 16 vollständig dichtend gegenüber dem vorzugsweise auch aus Zirkondioxid bestehen­ den Lochstein 12 anliegt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Körper 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 Körper 16 ist bei 64 an eine nur schematisch dargestellte Hubeinrichtung 66 angelenkt, mittels der der Körper 16 vertikal nach oben und unten bewegt werden kann.

Die Zuordnung des Körpers zum Lochstein 12 ist derart, daß der Körper 16 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 Körper 16 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 Körper 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 Körper 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 Körpers, bei der dieser gleichzeitig als Verschlußstopfen genutzt wird.

Zu diesem Zweck ist der Gaskanal 22 etwas versetzt zur Mittenlängsachse M des Körpers 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 Körpers 16.

In der Darstellung nach Fig. 4 befindet sich der Körper 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 Körper 16 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 Körpers 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 Körper 16 verfahren wird, kann damit entweder nur gespült werden oder der Körper 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 Körper 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. Bei dieser Ausführungsform kann der Kanal 74 auch zum Einblasen eines Gas-/Feststoffgemisches alter­ nativ genutzt werden. Dazu wird das untere Ende des Kanals 74 dann an eine entsprechende Gas-/Feststoff- Zuführleitung angeschlossen. Der Kanal 74 kann dabei auch wie der Kanal 22, 26 in Fig. 2 gestaltet sein.

Fig. 5 zeigt einen Körper zum Sauerstoffblasen. Anders als bei Fig. 2 ist der Kanal 22, 26 hier doppel­ wandig ausgebildet und besteht aus zwei konzentrischen Metallrohren 22′ und 22′′, die durch stabförmige Abstand­ halter 23 zueinander gehalten werden. Alternativ könnte das innere Rohr 22′ auf seiner Außenfläche eine wendelför­ mig verlaufende Kante aufweisen - ähnlich einem Gewinde. Das äußere Rohr 22′′ ist beim Pressen des feuerfesten keramischen Matrixmaterials festgelegt oder später eingeklebt oder eingemörtelt worden. Das äußere Rohr 22′′ ist an die Inertgasleitung 34 (zum Beispiel Argon) angeschlossen, während das innere Rohr 22′ von einer Sauerstoffquelle bei 25 mit Sauerstoff gespeist wird. Nach Hochfahren des Spülsteins (Körpers 16) in eine Position gemäß Fig. 1 wird dann Sauerstoff durch das Rohr 22′ und Argon durch den Ringkanal zwischen den Rohren 22′, 22′′ in die Metallschmelze eingedüst. Im übrigen gilt das zu den übrigen Ausführungsformen Gesagte hier ent­ sprechend.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich weitere alternative Ausgestaltungen realisieren. So kann zum Beispiel die Betätigungsvorrichtung für den zylindrischen Körper 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 Körpers genutzt zu werden.

Die Platte 46 kann auch - entgegen der Darstellung in den Figuren - nur bis zum Lochstein 12 verlaufen, um einen Wechsel beziehungsweise eine Entnahme des Spülsystems zu erleichtern. Auch kann die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 68 ebenso am oberen Ende des Körpers nach Fig. 1 oder 2 oder 5 angeordnet werden, wobei dann der Lochstein entsprechend abgeschrägt wird.

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

Claims (12)

1. Spülstein zum Einbringen von Gas und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in ein metallurgisches Schmelzgefäß (10), bestehend aus einem zylindrischen Körper (16) aus feuerfestem keramischen Material mit einem axial darin angeordneten Gaskanal (22), wobei der zylindrische Körper (16) an seinem, von der Metall­ schmelze abgewandten Ende an eine Gasleitung (34) sowie zu seiner axialen Verschiebung in einem zugehörigen Lochstein (12) an mindestens eine Antriebseinrichtung (40, 44) anschließbar ist, und wobei der Gaskanal (22) mit Abstand vor der der Metallschmelze zugewandten Stirnfläche des zylindrischen Körpers (16) endet und in diesem Bereich in mindestens einen, in die zylindrische Umfangsfläche des Körpers (16) mündenden Auslaßkanal (26) für das Gas und/oder die Reaktions- und Zusatzstoffe übergeht.

2. Spülstein nach Anspruch 1, bei dem im zylindrischen Körper (16) im Abstand zum Gaskanal (22) und dessen Auslaßkanälen (26) mindestens ein weiterer Kanal (74) angeordnet ist, der an seinem unteren stirnseitigen Ende offen ist und im Abstand zu diesem unteren offenen Ende in mindestens einen, zur zylindrischen Umfangsfläche (18) des Körpers (16) hin offenen Zuführkanal (76) übergeht.

3. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der oder die Zuführkanäle (76), in axialer Richtung des zylindrischen Körpers (16) betrachtet, versetzt zu der oder den Auslaßkanälen (26) angeordnet ist (sind).

4. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Zuführkanäle (76) und/oder die Auslaßkanäle (26) im wesentlichen radial von der zylindrischen Umfangs­ fläche (18) des Körpers (16) aus verlaufen.

5. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im zylindrischen Körper (16) mehrere Auslaßkanäle (26) in unterschiedlicher Höhe, in axialer Richtung betrachtet, angeordnet sind.

6. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Gaskanal (22) und/oder der weitere Kanal (74) parallel zur Mittenlängsachse (M) des zylindrischen Körpers (16) verlaufen.

7. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Auslaßkanäle (26) und/oder die Zuführkanäle (76) als Schlitze ausgebildet sind, die im wesentlichen axial zum zylindrischen Körper (16) verlaufen.

8. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zylindrische Körper (16) an seinem, den korrespondierenden Lochstein (12) überragenden Abschnitt mit einer Verdickung (68) ausgebildet ist.

9. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem entlang der Längserstreckung des zylindrischen Körpers (16) ausgebildeten Abschnitt, an den eine den zylin­ drischen Körper (16) in dessen axialer Ausrichtung betrachtet vertikal (verschiebbar) bewegbare und/oder um seine Mittenlängsachse drehende Betätigungseinrichtung (40, 44) anschließbar ist.

10. Spülstein nach Anspruch 9, bei dem die Betätigungs­ einrichtung (40, 44) aus mehreren, unter Vorspannung stehenden Pneumatikzylindern (40) besteht, mit denen bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes der zylin­ drische Körper (16) so weit nach oben fahrbar ist, daß die Auslaß- und/oder Zuführkanäle (26, 76) gegenüber der Schmelze (58) im metallurgischen Schmelzgefäß freiliegen und bei Unterschreiten des Druckes der zylindrische Körper (16) so weit absenkbar ist, daß seine Auslaß- und/oder Zuführkanäle (26, 76) gegenüber dem den zylindrischen Körper (16) aufnehmenden feuerfesten Material des Bodens oder der Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes dichtend anliegen.

11. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Gaskanal (22) aus zwei zueinander konzentrischen Rohren (22′, 22′′) gebildet wird, die an getrennte Gaszuführleitungen (25, 34) anschließbar sind.

12. Spülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Metallummantelung zumindest an seinem anschlußseitigen Abschnitt des zylindrischen Körpers (16), wobei letzterer in diesem Bereich einen um die Stärke der Metallummantelung und gegebenenfalls eines dazwischenliegenden Mörtels verringerten Querschnitt aufweist.