DE3926786C2 - Vorrichtung zum Einblasen von Gasen in Metallschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vor­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Einblasen von Gasen in die zu behandelnde Schmelze bei verschiedenen hüttenmännischen Gefä­ ßen, wie Konverter, Elektro- Lichtbogenofen und Pfan­ ne, bietet eine Reihe von metallurgischen Vorteilen, bei­ spielsweise rascher Temperatur- und Analysenaus­ gleich, homogene Verteilung der Legierungs- bzw. Des­ oxidationsmittel, Verbesserung des Reinheitsgrades. Verbesserung der Möglichkeit zum Abschlacken.

Der Boden eines metallurgischen Gefäßes ist aus si­ cherheitstechnischer Sicht ein kritischer Bereich. Dabei stellen Gaseinlaßelemente einen Schwachpunkt dar auf­ grund eines dem übrigen Boden voreilenden Aufzeh­ rens durch thermischen, chemischen und/oder mechani­ schen Verschleiß.

Aus EP-B1 00 28 569 ist ein Verfahren zum Einblasen eines Gases in die Metallschmelze mittels eines metalli­ schen Einblasrohres bekannt, wobei das Rohr mit einem Gasdruck beaufschlagt wird, der ein Ausblasen eines Metallstopfens, welcher sich beim Anhalten des Gases am Rohrende bildet, sicherstellt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Unsicherheit beim Bilden des Metallstopfens und im Erfordernis des relativ hohen Drucks, der für das Losbrechen des Stopfens erforder­ lich ist.

Das für das o. g. Verfahren benutzte Einblasröhrchen endet auf der inneren Oberfläche der Feuerfestausklei­ dung. In nachteiliger Weise ist dieses Einblaselement hohem Verschleiß ausgesetzt.

Aus DE-OS 31 45 538 ist ein Verfahren zum Behan­ deln von Metallschmelzen bekannt mit einem Gefäßbo­ den, der an verschiedenen Stellen Gaseinlässe aufweist. Dabei ist der Raum unter dem Gefäßboden mit Spülgas beschickbar. Nachteil der über den gesamten Gefäßbo­ den verteilten Öffnungen, über die das Gas ins Gefäßin­ nere eingeblasen wird, ist die große Gefahr von Durch­ brüchen der Schmelze durch den perforierten Gefäßbo­ den.

Aus EP-B1 01 48 337 ist ein Gasspülstein für metallur­ gische Gefäße, der aus einem porösen, gasdurchlässigen Formstein aus Feuerfestmaterial besteht, mit einem Gaszuführungsrohr bekannt, in dem ein beweglicher Verschlußkörper angeordnet ist. Dieser Verschlußkör­ per ist in der Ausführungsform als Federrückschlagven­ til konstruktiv und herstellungsmäßig aufwendig, in der Form als massives zylindrisches Teil gewichtsmäßig schwer und mit dem Nachteil des Erfordernisses eines hohen Öffnungsdruckes beim Spülen belastet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die o. g. Nachteile vermeidet, bei der mit einfachen konstrukti­ ven Mitteln ein sicheres Einblasen von Gasen in Stahl­ schmelzen gewährleistet ist und eine hohe Standzeit der Gaszufuhrungselemente sowie der Feuerfestausklei­ dung des Gefäßbodens sichergestellt wird.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Gemäß der Erfindung wird der Gas­ strom nach Verlassen des innerhalb der Feuerfestaus­ kleidung in einem Speicher mündenden Einblasrohres, dessen Mündung mit einem auf ihr aufliegenden Ele­ ment absperrbar ist, in eben diesen Speicher geführt, dessen der Mündung des Einblasrohres abgewandte Seite von einer senkrecht zur Rohrachse angeordneten Platte gebildet ist.

Das Spülgas wird anschließend durch die Platte umgelenkt, umströmt dann den Rand der Platte und durchfließt abschließend die oberhalb der Platte angeordnete Masse, wobei es in einem ringförmigen Bereich der Oberseite des Gefäß­ bodens aus der Feuerfestmasse austritt.

Die mit der Schmelze in Kontakt stehende Feuerfest­ masse weist einen homogenen Aufbau auf. Beim Einsatz dieser Feuerfestmasse besteht die Möglichkeit der übli­ chen Gefäßpflege ohne besondere Rücksichtnahme eventueller Sonderqualitäten im Bereich der Gasein­ blaselemente. Durch die Möglichkeit des Einsatzes von zur Feuerfestauskleidung identischer Reparaturmasse wird die Funktion der Einblaseinrichtung nicht beein­ trächtigt.

Das ringförmig großflächige Austreten des Spülgases aus der Oberfläche der Feuerfestauskleidung in das Ge­ fäßinnere hat weiterhin den Vorteil, daß kein erkennba­ rer Verschleiß aufgrund von Erosion oder konzentrier­ ter chemischer Reaktion auftritt.

Durch die Anordnung von drei Einblasröhrchen auf einem Kreis bei zylindrischen Gefäßen und bei Gefäßen mit Anbau - wie sie Elektro-Lichtbogenöfen mit ex­ zentrischem Bodenabstich aufweisen - mit einem wei­ teren vierten Einblasrohr, wird bei dem ringförmig großflächigen Austreten des Spülgases aus dem Boden die Schmelze in breiter Front durchgast.

In vorteilhafter Weise ist an der Mündung des Ein­ blasrohres ein einfaches Element mit nagelförmiger Ge­ stalt derart angeordnet, daß der Kopf oder ein Teil da­ von über die Mündung des Röhrchens ragt. Bei abge­ schaltetem Spülgasdruck legt sich das Element auf den Rand der Röhrchenmündung und dient als Absperrven­ til gegen das Einströmen von Schmelze. In einfacher Weise wird damit das Röhrchen freigehalten. Sollten Schmelzprodukte zum Absperrventil gelangen und dort erstarren, so reicht ein relativ geringer Druck, um das Absperrventil die erstarrte Schicht ringförmig aufbre­ chend zu öffnen. Bei anliegendem Gasdruck öffnet die­ ses als Ventil wirkende Element die Mündung des Röhr­ chens in einem ringförmigen Spalt. Gleichzeitig wird die in der Fuge zwischen der Ausmauerung und der Stampfmasse angeordnete Platte in ihrer Mitte minde­ stens auf ein Maß zur Rohrmündung des Einblasröhr­ chens beabstandet, das dem Maß der die Mündung überragenden Höhe des Elementenkopfes plus dem Öffnungshub entspricht. Hierdurch wird ein Hohlraum zwischen Platte und Rohrmündung sowie der auf glei­ chem Niveau angeordneten, das Röhrchen umgebenden Feuerfestauskleidung gewährleistet. Dies weist den Vorteil auf, daß das Spülgas in diesem Hohlraum gespei­ chert wird und gleichmäßig die Kante der Platte um­ strömt. Um ein unkontrolliertes Abströmen des Spülga­ ses zu verhindern, insbesondere ein direktes Austreten aus dem Schmelzgefäß, wird zwischen das Röhrchen und den Gefäßmantel eine Dichtmasse eingebracht. Be­ sonders geeignet sind hier temperaturbeständige Pa­ sten.

Als Feuerfestauskleidung zwischen Platte und Gefäß­ innenwand eignet sich in vorteilhafter Weise eine Stampfmasse mit einem hohen Gehalt an Magnesit von über 75%. Die Stampfhöhe dieser Masse und damit der Abstand der Mündung des Röhrchens zur Gefäßinnen­ fläche ist ohne Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Spüleinrichtung den Erfordernissen des Schmelzbe­ triebes anzupassen und liegt unter Berücksichtigung der Sicherheitserfordernisse zwischen 150 bis 400 mm.

Als Einblaselemente sind metallische, vorzugsweise legierte Rohre mit lichter Weite von 6 bis 10 mm ein­ setzbar.

Die Feuerfestauskleidung zwischen der Stampfmasse und dem Bodenblech des metallurgischen Gefäßes ist üblicherweise gemauert. Die Einblasröhrchen sind in Bohrungen solcher Feuerfeststeine angeordnet. Diese durchbohrten Steine weisen eine Höhe auf, die größer ist als die übrige Ausmauerung, so daß eine Erhebung von größer 10 mm entsteht. Durch diese Ausgestaltung der Steine wird die Wirkung des o. g. Absperrventils zur Vermeidung des Rückstromes von Schmelze ergänzt.

Beispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­ gestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Boden eines metallurgischen Gefäßes,

Fig. 2 ein Einblasrohr,

Fig. 3 eine Anordnung von Einblaselementen in ei­ nem Elektro-Lichtbogenofen.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind Details des Schmelzgefäßes 10 mit dem Gefäßinnenraum 12, der mit Schmelze 13 gefüllt ist, dargestellt. Das Gefäß 10 weist eine Feuer­ festauskleidung 20 auf, und zwar schmelzenseitig eine Lagestampfmasse 21 und zwischen dieser und dem Bo­ denblech 11 eine Ausmauerung 22 sowie eine Hinter­ füllmasse 23.

Im Bodenblech 11 ist durch eine Bohrung 14 ein Ein­ blasrohr 31 der Gaszuführung 30 geführt, das in eine Bohrung 25 der Ausmauerung 22 gesteckt ist und des­ sen Austritt aus der Fuge 27 zwischen Ausmauerung 22 und der Stampfmasse 21 endet. Die Stampfmasse 21 weist die Stampfhöhe A auf. Die Mündung des Einblas­ rohres 31 ist durch ein Element 32 verschließbar und mittels einer beabstandet angeordneten Platte 37 abge­ deckt.

Von einer (nicht gezeigten) Gasförderstation wird ein Gasstrom 40 durch die Gaszuführung 30 in die Schmel­ ze injiziert. Der im Einblasrohr 31 gebildete Strömungs­ faden 41 prallt auf die Platte 37 und wird von dieser umgelenkt und in einem aus der Platte 37 und der durch die abgedeckte Fläche 28 der Ausmauerung 22 gebilde­ ten Speicher 42 gesammelt. Bei ausreichendem Druck umströmt das Gas die Kante der Platte 37 und dringt bei 43 durch die Stampfmasse 21.

Das Gas durchströmt dabei die Stampfmasse 21 ring­ förmig, wobei sich der Querschnitt der durchströmten Stampfmasse in Strömungsrichtung vergrößert und das Gas an der Oberfläche der Stampfmasse 21 in Form einer Ringfläche mit dem Außenradius R und dem In­ nenradius r austritt. In Abhängigkeit von den Betriebs­ bedingungen und der Porösität der Masse kann der In­ nenradius zu Null werden und die Ausström-Flächen mit dem Radius R können sich überlappen. Insgesamt wird das Gas großflachig in die Schmelze 13 eingeleitet und steigt dort in Form von Gasblasen auf.

Die Fig. 2 zeigt ergänzend zu Fig. 1 eine zwischen der Ausmauerung 22, der Hinterfüllmasse 23 sowie dem Bo­ denblech 11 und dem Einblasrohr 31 vorgesehene Dichtmasse 26. Hierdurch wird ein Ausblasen von gas­ förmigen Medien aus dem Schmelzgefäß 10 verhindert.

Die in der Fig. 2 dargestellte Platte 37 meist eine bombierte Form auf. Der Außenrand der Platte 37 liegt auf der im vorliegenden Beispiel erhöht ausgebildeten Ausmauerung 22 auf. Die Ausmauerung 22 und die Plat­ te 37 bilden die Außenwandung des Speichers 42.

Die Fig. 2 zeigt außerdem detailliert die Form des Elementes 32. Das zum Absperren der Mündung des Einblasrohres 31 geeignete Element 32 besitzt eine na­ gelförmige Gestalt mit einem zum Stift 35 hinweisenden konischen Kopf 33. Am Kopf 33 ist mittig zur Achse 1 eine Nase 34 vorgesehen, die zur Platte 37 beabstandet ist und zur sicheren Führung des Elementes 32 im geöff­ neten Zustand dient.

Die Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf den Boden des Schmelzgefäßes 10 mit einem Gefäßanbau 15. Auf ei­ nem Kreis K um die Gefäßachse 11 sind im Schnitt er­ kennbar drei Elektroden 16 angeordnet. In den drei Freiräumen zwischen den Elektroden 16 sind auf dem Kreis K zentrisch zur Gefäßmittenachse 11 Einblasrohre 31 mit Platten 37 vorgesehen. Bei dem hier vorliegenden Gefäß 10 mit dem Gefäßbau 15 ist zwischen einem ex­ zentrischen Abstichloch 17 und dem Kreis K ein weite­ res Einblasrohr 31 mit einer Platte 37 vorgesehen.

In der Fig. 3 ist skizzenhaft für einen Betriebszustand der Feuerfestauskleidung des Schmelzgefäßes 10 der Gefäßeintritt in den Gefäßinnenraum 12 dargestellt. Da sich das Gas seinen Weg durch die Stampfmasse 22 selber sucht, kann die Austrittsfläche, maßlich darge­ stellt mit den Radien R (Außenradius) und r (Innenradi­ us), durchaus größer sein. Zum einen kann r zu Null werden, gleichzeitig kann der Außenradius R deutlich größer sein und die einzelnen Radien R können sich überschneiden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen in Metall­ schmelzen, bei der das Gas durch mindestens ein Blasrohr, das durch den Boden eines mit Feuerfest­ masse ausgekleideten metallurgischen Gefäßes, insbesondere eines Lichtbogenschmelzofens durchgeführt ist, in die Metallschmelze injiziert wird, in dem es durch ein Leitblech senkrecht zu seiner Strömungs­ richtung umlenkt, dabei flächenförmig verteilt und in seiner Strömungsrichtung gebremst wird, an­ schließend einer weiteren Umlenkung in eine Strö­ mungsrichtung parallel zum ursprünglichen ring­ förmig geführt wird und der Gasstrom nachfolgend durch eine poröse Masse in seiner Geschwindigkeit nochmals gebremst und gleichzeitig großflächig verteilt der Metallschmelze zugeführt wird, da­ durch gekennzeichnet,

• a) daß das Einblasrohr (31) innerhalb der Feu­ erfestauskleidung (20) in einen Speicher (42) mündet,
• b) daß die Mündung des Einblasrohres (31) mit einem auf ihr aufliegenden Element (32) ab­ sperrbar ist und
• c) daß die der Mündung des Einblasrohres (31) abgewandte Seite des Speichers (12) von einer senkrecht zur Rohrachse (1) angeordneten Platte (37) gebildet wird.

2. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (37) ein bombiertes Blech ist.

3. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (37) in einer Fuge (27), die sich zwischen der aus einer Stampfmasse (21) und einer Ausmauerung (22) bestehenden Feuerfestauskleidung (20) befin­ det, mit ihrem Außenrand auf der Ausmauerung (22) aufliegend angeordnet ist.

4. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampf­ höhe (A) der Stampfmasse (21) größer als 150 mm ist.

5. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (32) eine nagelförmige Gestalt besitzt, wobei der Kopf (35) auf der Mündung des Einblasrohres (31) aufliegt und der Stift (35) zum Bodenblech (11) weist.

6. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblas­ rohr (31) einen freien Durchmesser von 6 bis 10 mm besitzt.

7. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ein­ blasrohr (31) in einzelnen Steinen (24) der Aus­ mauerung (22) Bohrungen (25) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung zum Einblasen von Gasen nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Bohrung (25) versehenen Steine (24) die übrigen Steine der Ausmauerung (22) zum Gefäßinnen­ raum (12) weisend überragen.