DE69014277T3

DE69014277T3 - Gaseinblasvorrichtung.

Info

Publication number: DE69014277T3
Application number: DE69014277T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Bates; Nicolas Woolley
Original assignee: Injectall Ltd
Current assignee: Injectall Ltd
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2010-04-25
Also published as: CA2014999A1; ATE114336T1; MX172047B; EP0424502A1; RU2091495C1; AU626084B2; ES2063967T3; EP0424502B1; WO1990012895A1; JP2931092B2; DE69014277D1; FI905791A0; AU5537290A; KR920700298A; IN189111B; IE65370B1; KR0169472B1; ES2063967T5; EP0424502B2; IE901442L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Gasinjektor zum Einführen von Gasen in Flüssigkeiten mit erhöhter Temperatur, insbesondere - jedoch nicht ausschließlich - geschmolzene Metalle.
Es werden oft Gase in geschmolzene Metalle in Gefäßen, wie Gießpfannen, zu verschiedenen Zwecken eingeblasen. Zum Beispiel kann ein Gas in den Bodenteil eines Gefäßes eingeführt werden, um den verhältnismäßig kühlen Bodenbereich von Verfestigungsprodukten zu befreien, z. B. sie aus der Nähe eines Bodengießauslasses zu entfernen, wenn das Gefäß einen solchen Auslaß besitzt. Wiederum kann Gas zum "Spülen" oder zum Homogenisieren der Schmelze in thermischer oder zusammensetzungstechnischer Hinsicht oder zum Unterstützen der Verteilung von Legierungszusätzen in der Schmelze eingeführt werden. Üblicherweise wird ein inertes Gas verwendet. Reaktionsgase, z. B. Reduktions- oder Oxidationsgase, können verwendet werden, wenn die Schmelzenzusammensetzung oder deren Bestandteile einer Veränderung bedürfen.
Die früheren Vorschläge für Gasinjektoren umfassen die Installation massiver poröser feuerfester Stopfen oder Ziegel in der feuerfesten Auskleidung des Gefäßes. Sie können einfach sein, sind jedoch nicht ohne verschiedene Betriebsnachteile. Sofern sie nicht sehr porös sind, wobei sie dann unzulässig schwach wären, können sie die Gasmenge, die die Schmelze erreicht, erheblich einschränken. Falls übermäßig hohe Gasdrücke verwendet werden, um den Abschwächungseffekt des porösen feuerfesten Teils auszugleichen, entstehen Abdichtungsprobleme. Hieraus entsteht ein bedeutender und häufig teurer Gasverlust. Im wesentlichen sämtliche feuerfesten Materialien sind gasdurchlässig aufgrund der sehr kleine Spalte, die in der feuerfesten Masse zufallsverteilt sind. Die Spalte oder Porigkeit bilden mäanderförmige Gasströmungswege durch den feuerfesten Körper. Solche zufallsbedingten Strömungswege sind nicht besonders hilfreich für den Metallerzeuger. Im Idealfall wünscht er, einen Gasdruck an einem äußeren Ende des feuerfesten Injektorblocks anzulegen und ihn nur vom gegenüberliegenden, der Schmelze zugewandten Ende des Blockes in einem gut definierten Gasstrom austreten zu lassen. Dieses geschieht normalerweise nicht aufgrund der Wandernatur der Gasströmungswege. In dem Bemühen, die Leistung solcher massiver Injektorkörper zu verbessern, haben die Facharbeiter zu gerichteten Durchlaßtechniken gegriffen. Praktisch haben sie versucht, feuerfeste Injektorkörper mit einer Mehrzahl gerader Kanäle von Kapillargroße zu versehen, die sich vom Einlaß- zum Austrittsende der Körper erstrecken. Solche Kanäle sind dadurch erzeugt worden, daß feuerfestes Material in einer Form um gespannte Kunststoff- oder Metallstränge gegossen oder gepreßt wurde, die nachfolgend durch Ausbrennen oder -ziehen aus der feuerfesten Masse entfernt wurden.
Wenn auch ein Injektorkörper mit gerichteter Durchlässigkeit, die durch Kapillarkanäle herbeigeführt wird, besser ist als ein gewöhnlicher durchlässiger Ziegel oder Stopfen ist seine Wirksamkeit immer noch weniger als ideal. Wenn Druckgas auf ein Einlaßende eines solchen Körpers gegeben wird, erfolgt nicht die gesamte Gasströmung durch die Kanäle. Ein Teil des Gases findet seinen Weg in die poröse feuerfeste Masse und wird somit zerstreut. Auch kann, z. T. deswegen, weil die Kapillarkanäle in der Praxis weniger als perfekt sind, Gas seitlich von ihnen in die feuerfeste Umgebung abgeleitet werden. Der Druck des Gases, das aus den Kanälen in die Schmelze eintritt, kann sich auf ein Niveau verringern, bei dem das Gas in Blasen aufsteigt, anstatt in die Schmelze einzuschießen. Wenn das Gas aus dem Kanal als Blase austritt, kann die Schmelze augenblicklich in den Kanal eindringen und ihn blockieren.
Ein weiteres und sehr bedeutendes Problem ist, wie das feuerfeste Material des Injektorkörpers mit der Gaszufuhr zu verbinden ist, um eine gasdichte Abdichtung zu bilden. Die bekannten Injektoren verwenden einen Metallmantel, wie oben angegeben, bei dem der Mantel gasdicht (z. B. durch Gewindeverbindung) an der Gaszufuhr befestigt und der feuerfeste Körper in den Metallmantel einzementiert ist. Jedoch stellt der Zement zwischen dem feuerfesten Körper und dem Metall eine Schwachstelle dar. Obgleich die Metallmantelkammer vom Inneren des Schmelzmetallgefäßes durch den feuerfesten Körper beabstandet sein kann, ist der Mantel dennoch extrem hohen Temperaturen ausgesetzt. Unterschiedliche Wärmeausdehnung des Metallmantels, des Zementes und des feuerfesten Körpers kann zur Folge haben, daß der Mantel vom feuerfesten Teil abbricht, dabei die gasdichte Abdichtung zerbricht und das Gas abströmen läßt.
Ein weiteres Problem das mit solchen "eingedosten" feuerfesten Stopfen verbunden ist, besteht darin, daß unter extremen Bedingungen, die im Betrieb auftreten, der Metallmantel reißen kann, was es dem Gas ermöglicht, in die benachbarte feuerfeste Wand des die Schmelze enthaltenden Gefäßes abzuströmen.
Das Abströmen des Gases in der oben beschriebenen Weise hat natürlich die Tendenz, die Gasströmung durch die Kapillarkanäle im Stopfen zu verringern, wodurch ein Eindringen von Schmelze und folglich eine Blockierung der Kanäle möglich wird.
Um eine verbesserte Gasströmung durch einen Injektorstopfen zu erreichen, ist es bekannt, einen Gaskanal durch den Stopfen mittels einer Länge eines Metallrohrs zu schaffen, das in den feuerfesten Körper des Stopfens eingebettet ist. Jedoch wird eine solche Anordnung als mit mehreren Nachteilen behaftet angesehen.
Zunächst ist zu berücksichtigen, daß, sofern solche Metallrohre nicht eine Kapillarbohrung besitzen, eine konstante Gasströmung durch die Rohre notwendig wäre, um eine Blockierung durch das Eindringen geschmolzenen Metalls zu verhindern. Die Notwendigkeit, die Gaszufuhr am Ende jedes Einblasvorgangs abzuschalten, würde daher zu einer Blockierung führen, mit der möglichen Folge, daß es schwierig, wenn nicht unmöglich wird, den Stopfen wieder zu verwenden. Zweitens ist zu berücksichtigen, daß, wenn Metallrohre mit sehr kleiner Bohrung verwendet würden, erhebliche praktische Schwierigkeiten beim Bilden einer gasdichten Abdichtung zwischen dem Einlaßende des Metallrohres und der Gaszufuhreinlaßleitung bestehen würden.
Es besteht somit ein Bedarf an einem Injektorstopfen, der wirtschaftlich und einfach hergestellt werden kann und der einen im wesentlichen lecksicheren Gaskanal zwischen der Einlaßleitung für die Gaszufuhr und den Einblasöffnungen in der Austrittsfläche des Injektorstopfens herbeiführt. Die vorliegende Erfindung spricht dieses Problem an und hat gefunden, daß ein im wesentliches lecksicheres System aus der Verwendung einer feuerfesten Stange resultiert, die von einem im wesentlichen gasundurchlässigen Material gebildet ist, wobei die Gasströmung durch die Stange über enge Kanäle auf ihrer Länge erfolgt und die Stange gasdicht an einer Gaseinlaßkammer befestigt ist.
Bei einem ersten Aspekt gemäß Patentanspruch 1 sieht daher die vorliegende Erfindung einen Gasinjektor für ein geschmolzenes Metall enthaltendes Gefäß vor, umfassend: eine Gaseinlaßkammer in Form einer Metalleinfassung mit einer Einlaßöffnung und mindestens einer Auslaßöffnung, sowie mindestens eine stranggepreßte Stange, die sich zu einem Gasaustrittsende des Injektors erstreckt, wobei die oder jede stranggepreßte Stange von einem im Wesentlichen gasundurchlässigen feuerfesten Material gebildet ist und eine Mehrzahl von axial verlaufenden Gaskanälen entlang derselben in Form von Kapillarbohrungen oder -schlitzen aufweist, wobei die Kanäle mit der Gaseinlaßkammer in Verbindung stehen und derart kleine Abmessungen aufweisen, daß im Gebrauch Schmelze im Wesentlichen nicht in die Kanäle der Kapillarbohrungen oder -schlitze eindringen kann, die einen Durchmesser oder eine Breite von bis zu 0,6 mm aufweisen, wobei die oder jede stranggepreßte Stange gasdicht mit einer Auslaßöffnung der Gaseinlaßkammer fest verbunden und mit Ausnahme des Austrittsendes der Stange in einem feuerfesten Körper des Injektors eingebettet ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform gemäß Patentanspruch 6 ist die oder jede stranggepreßte Stange mittels eines Stopfbuchsenverbinders gasdicht mit einer Auslaßöffnung fest verbunden. Der Stopfbuchsenverbinder enthält zweckmäßigerweise ein Stopfbuchsenpackungselement, das von einem kompressiblen Graphitmaterial, zum Beispiel Flockengraphit, gebildet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Patentanspruch 7 ist die oder jede stranggepreßte Stange dadurch gasdicht mit einer Auslaßöffnung fest verbunden, daß sie in einem Rohr mit einer gasundurchlässigen Wand eingeschlossen ist, welches Rohr zum Beispiel durch eine Gewindeverbindung gasdicht mit der Auslaßöffnung verbunden ist. Das Rohr kann im Wesentlichen die gesamte Länge der stranggepreßten Stange oder nur einen Teil ihrer Länge, zum Beispiel bis zu 50% (z. B. bis zu 30%) ihrer Länge umschließen. Im Allgemeinen ist die stranggepreßte Stange in das Rohr einzementiert.
Obschon es für einen Injektor möglich ist, nur eine feuerfeste Stange zu enthalten, ist es üblicher für einen Injektor, eine Anordnung von Stangen zu umfassen, die zum Beispiel in einer bestimmten Form, wie etwa in einem Kreis, angeordnet sind.
Während es im Prinzip möglich ist, daß jede solche feuerfeste Stange mit ihrem eigenen Gasrohr verbunden ist, ist eine solche Anordnung äußerst unpraktisch und würde die Herstellung der Injektoren unnötigerweise komplizieren und dadurch die Kosten der Injektoren erhöhen. Es ist daher vorzuziehen, eine Verteileranordnung zu verwenden, bei der eine Einlaßkammer mit einer einzigen Einlaßöffnung zur Anbringung an einem Gaszufuhrrohr vorgesehen ist, die jedoch eine Mehrzahl von Auslaßkanälen besitzt.
Der Gasinjektor wird im allgemeinen in ziemlich regelmäßigen Intervallen ausgewechselt und kann somit als Verbrauchsteil angesehen werden. Dafür ist es wichtig, die Komplexität des Injektors auf ein Minimum herabzusetzen, um die Kosten auf einem annehmbaren Niveau zu halten. Somit wäre eine Verteileranordnung der oben angegebenen Art idealerweise eine einfache Konstruktion, die verhältnismäßig wenige Vorgänge zu ihrer Herstellung erfordert. Ein weiteres Erfordernis für einen solchen Verteiler ist, daß er einer Verzerrung durch die Kombination von hohem Druck und hoher Temperatur, die im Betrieb auftreten, standhalten muß.
Obgleich schon der Verteiler im Betrieb von einem direkten Kontakt mit dem geschmolzenen Metall durch das feuerfeste Material abgeschirmt ist, ist er dennoch sehr hohen Temperaturen ausgesetzt und kann bei solchen Temperaturen plastisch werden und daher leichter durch höhere Gasdrücke verzerrt werden.
Die obigen Probleme können dadurch beseitigt werden, daß als Einlaßkammer bzw. Verteiler eine gegossene und/oder geschweißte Metalleinfassung verwendet wird, die eine Rückwand mit einer Einlaßöffnung, eine Vorderwand mit einer oder mehreren Auslaßöffnungen und eine die Vorder- und die Rückwand verbindende Seitenwand umfaßt, wobei die Vorder- und die Rückwand ferner durch eine oder mehrere Abstützungen zwischen sich verbunden sind.
Vorzugsweise bildet die Abstützung eine Gasleitung mit einem geschlossenen Ende, das gasdicht an der Vorderwand befestigt (z. B. geschweißt) ist, und einem die Einlaßöffnung bildenden offenen Ende, wobei die Seitenwand der Leitung Löcher enthält, um eine Gasströmung zwischen der Einlaßöffnung und der oder jeder Auslaßöffnung zu ermöglichen.
Die stranggepreßte feuerfeste Stange kann gasdicht am Halsteil der Auslaßöffnung mittels eines Verbinders mit einer Kompressionsstopfbuchse befestigt werden. Der Verbinder mit Kompressionsstopfbuchse umfaßt eine kompressible Stopfbuchsenpackung, üblicherweise in Form eines Ringes, durch den die feuerfeste Stange eingesetzt werden kann, und eine Gewindehülse, die auf die feuerfeste Stange gesetzt ist. Die Gewindehülse kann in oder auf die Auslaßöffnung gegebenenfalls mittels eines Adapters aufgeschraubt werden, um die Stopfbuchsenpackung dazwischen zu komprimieren, um sie dazu zu bringen, daß sie gegen die feuerfeste Stange komprimiert wird und dadurch eine gasdichte Abdichtung herbeiführt.
Es versteht sich aus der obigen Beschreibung, daß die Stopfbuchsenpackung notwendigerweise in der Lage sein muß, extreme Temperaturen auszuhalten, und daher vorteilhaft aus Graphit gebildet ist. Eine Form eines flexiblen Gaphitmaterials, das für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist, hat eine als Flockengraphit bekannte Form. Flockengraphit ist im Handel unter dem Handelsnamen "Flexicarb" (Handelsmarke) von Flexicarb Graphite Products Ltd., Heckmondwike, Yorkshire, England, erhältlich.
Die feuerfesten Stangen sind aus einem gasundurchlässigen Material gebildet zum Beispiel können sie aus Mullit, einem feuerfesten Aluminiumsilikat oder rekristallisiertem Aluminiumoxid gebildet sein. Solche Stangen sind im Handel zur Verwendung als Thermoelementkapseln erhältlich.
Da der feuerfeste Teil von gasundurchlässigem Material gebildet und gasdicht mit der Auslaßöffnung über die Stoffbuchsenpackung verbunden ist und weil dadurch Druckgas direkt in die Kanäle der gasundurchlässigen feuerfesten Stange geliefert wird, kann das Gas nicht in den feuerfesten Injektorkörper abströmen. Demgemäß kann ein wirksamer Transport von Gas in das geschmolzene Metall hinein erreicht werden.
Die feuerfeste Stange umfaßt eine Mehrzahl von Kanälen in Form von Kapillarbohrungen oder -schlitzen. In jedem Fall sind die Kanäle einzeln ausreichend klein, so daß in der Praxis ein Eindringen von Schmelze in sie im Wesentlichen nicht stattfinden kann; dies wird mit Kapillarbohrungen oder -schlitzen mit einem Durchmesser oder einer Breite von bis zu 0,6 mm erreicht. Typischerweise haben die Kapillarbohrungen oder - schlitze einen Durchmesser oder eine Breite im Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm.
Wünschenswerterweise werden die feuerfesten Stangen in einer vorgegebenen Anordnung angeordnet, die für ein wirkungsvolles Einblasen von Gas in eine Schmelze optimiert ist. Biespielsweise können die Stangen gleichförmig um eine Längsachse des Injektorkörpers, d. h. in einer Kreisanordnung oder in einer Mehrzahl konzentrischer kreisförmiger Anordnungen, beabstandet sein.
Der Injektor gemäß der Erfindung kann in einer Gasinjektorvorrichtung installiert werden, wie sie in unserer internationalen Patentanmeldung Nr. WO 88/08041 beschrieben und beansprucht ist. Sie nimmt dann die Stelle der Stopfen 312 ein, die in den Zeichnungen der WO 88/08041 gezeigt sind.
Die Erfindung umfaßt ein Gefäß für geschmolzenes Metall, z. B. eine Gießpfanne, mit einer Isolierungsauskleidung und einem Injektor nach der Erfindung, der schmelzendicht in einer Aufnahmeöffnung der Auskleidung befestigt ist.
Die Erfindung wird nun genauer, lediglich als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigt:
Fig. 1 eine vorbekannte Gaseinblasvorrichtung, die in die Bodenwand eines Gefäßes wie einer Gießpfanne eingesetzt ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Einblasvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig. 2 in einem größeren Maßstab,
Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere Einblasvorrichtung mit einem Gasinjektor gemäß der vorliegenden Erfindung und
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Gaszuführsystems, das in Verbindung mit den Injektoren nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine vorbekannte Vorrichtung zum Einblasen gasförmiger Stoffe in z. B. geschmolzenes Metall. Die Vorrichtung, die den Gegenstand der WO 88/08041 bildet, umfaßt einen Düsenblock 310 für einen Einbau in die Wand 10 eines Gefäßes 12. Der Düsenblock 310 hat einen an seinem Gasaustrittsende von einem Stopfen verschlossenen Kanal 311, wobei der Stopfen 312 mit Kapillarbohrungen 313 durchbohrt ist und ein gasdicht angeschlossenes Zuführrohr 316 aufweist. Das Zuführrohr 316 erstreckt sich durch den Kanal vom Stopfen 312 und endet in einem Einlaßteil 324, durch welches das Rohr Gas aus einem externen Gasleitungssystem 315 erhält, welches seinerseits mit einer Druckgasquelle verbunden ist.
Wie gezeigt, hat das Gefäß 12 eine Metallschale 14 und eine feuerfeste Auskleidung 16, die in diesem Fall eine Bodenöffnung 18 zur Aufnahme des Düsenblocks 310 aufweist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Düsenblock 310 eine Anordnung von drei feuerfesten Teilen A, B und C bei diesem Beispiel aufweist. Jedoch kann, falls dies vorgezogen wird, der Block 310 ein einziges monolithisches Teil sein.
Gemäß der Lehre der WO 88/08041 kann das Zuführrohr 316 von einem Patronenelement 340 umgeben sein, das eine partikelförmige feuerfeste Füllung enthält.
Wegen weiterer Einzelheiten der oben kurz beschriebenen Einblasvorrichtung und alternativer Ausführungsformen von dieser wird auf die WO 88/08041 verwiesen.
Die in WO 88/08041 beschriebene Vorrichtung hat einen aus einem feuerfesten Material hergestellten Einblasstopfen 312, der mit Kapillarbohrungen 313 durchbohrt ist. Außerdem wird Gas unter Druck auf der gesamten unteren Endfläche des Stopfens 312 durch das Zuführrohr 316 aufgebracht. Diese Anordnung ist brauchbar, aber nicht so ideal, wie wir oben ausgeführt haben. Der im folgenden zu beschreibende Gasinjektor ist in erster Linie, jedoch nicht ausschließlich, für eine Verwendung in Vorrichtungen von in der WO 88/08041 vermittelter oder damit ähnlicher Ausführung gedacht. Im Prinzip kann z. B. der vorliegende Gasinjektor gegen eine beliebige der porösen Ziegelstein- oder Stopfenanordnungen ersetzt werden, die bislang in z. B. der Bodenwand einer Gießpfanne verwendet wurden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen einen verbesserten Gasinjektor nach der vorliegenden Erfindung.
Der Injektor 50 umfaßt eine gasdichte Einlaßkammer 51 mit einem Einlaßkanal, an dem eine Einlaßarmatur 53 befestigt ist, wobei die Armatur 53 im Gebrauch dazu dient, das Zuführrohr 316 und die Einlaßkammer 51 gasdicht miteinander zu verbinden. Die Einlaßkammer ist in diesem Fall eine geschweißte Allmetallkapsel mit dem Einlaßkanal in einer Stirnseite. Die gegenüberliegende Stirnseite der Kammer 51 hat mehrere Auslaßöffnungen 54.
Mit jeder Auslaßöffnung 54 ist ein Gasabgaberohr mit einer gasundurchlässigen Wand verbunden. Die Rohre 56 sind mit ihren Auslaßöffnugnen 54 durch miteinander in Eingriff stehende Schraubgewinde an den Enden der Rohre und in den Öffnungen mit Hilfe von Verriegelungsmuttern 58 verbunden. Ein Dichtungsmittel wird an den Gewinden angebracht, bevor die Rohre 56 und die Einlaßkammer 51 zusammengebaut werden, um eine gasdichte Verbindung zwischen jedem Rohr 56 und der Einlaßkammer 51 zu erhalten. Die Gasabgaberohre 56 erstrecken sich zu einem Gasaustrittsende 59 des Injektors 50.
Jedes der Rohre 56 umschließt eine stranggepreßte feuerfeste Stange 60, die in situ im Rohr zementiert ist. Die Zementschicht ist in Fig. 3 bei 61 angegeben. Die Stangen enden an den Austritteenden ihrer Rohre 56. Wie gezeigt, erstrecken sich die Stangen 60 über die volle Länge der Rohre 56, obwohl sie, falls vorgezogen, kurz vor den Enden der mit der Einlaßkammer 51 verbundenen Rohre enden könnten.
Die stranggepreßten feuerfesten Stangen 60 befinden sich vorzugsweise in einem gebrannten Zustand. Jede Stange ist in der Weise stranggepreßt, daß sie zumindest einen, und vorzugsweise mehr als einen, axial verlaufenden Gaskanal enthält. Der oder jeder Kanal hat so große Abmessungen, daß er ungehindert Gas zur Schmelze im Gefäß 12 fördert, jedoch zu klein ist, um es der Schmelze zu ermöglichen, in den Kanal wesentlich einzudringen.
Wie angegeben, hat jede feuerfeste Stange 60 vorzugsweise mehrere Gaskanäle. Diese können die Form längsverlaufender Kapillarbohrungen oder schmaler Schlitze oder einer Kombination beider aufweisen. Geeignete Stangen sind im Handel als Mehrkanal-Thermoelementrohre erhältlich.
Abgesehen von ihren Austrittsenden sind die Rohre 56 in einem feuerfesten Körper 62 de Injektors 50 eingebettet. Die Einlaßkammer 51 ist ebenfalls teilweise im Körper 62 eingebettet.
Wie sich versteht, kann dem Injektor 50 über die Einlaßkammer 51 zugeführtes Gas vom Injektor 50 nur durch die Austrittsenden der Rohre 56 austreten. Demgemäß besteht kein Bedarf, den Körper 62 an sich zum Transportieren von Gas zur Schmelze zu verwenden, womit viele der oben erwähnten Probleme gelöst sind. Der Körper 62 muß daher nicht aus feuerfesten Materialien hoher Güte hergestellt sein, und außerdem braucht er nicht von einem Metallmantel eingeschlossen zu sein. Ein gießfähiges Zementmaterial kann zweckmäßig und kosteneffektiv für den Körper 62 verwendet werden, der damit auf einfache Weise um die Einlaßkammer 51 und die Rohre 56 herum gießbar ist. Ein solches gießfähiges Material könnte aus "CP 26" der Hinkly Group of Companies, Sheffield, England, bestehen.
Es ist vorstellbar, daß der Injektor 50 nur ein einziges Gaszuabgaberohr 56 umfaßt, vorzugsweise hat er jedoch mehrere, z. B. fünf oder zehn identische Rohre 56. Die Rohre 56 sind nach einem vorbestimmten Muster angeordnet, das mit Blick auf eine leichte Fertigung des Injektors gewählt wird, unter Einbeziehung des Wunsches, die wirksame Verteilung des Gases in die Schmelze zu optimieren. Beispielsweise sind die Rohre 56 gleichbeabstandet von einer Längsachse des Injektors und besitzen voneinander gleiche Abstände in einer Kreisanordnung. In Abhängigkeit von der Anzahl der Rohre 56 können sie auf mehreren konzentrischen Kreisen um die Längsachse angeordnet sein.
Die stranggepreßten feuerfesten Stangen 60 können jede zweckmäßige Anzahl von Gaskanälen aufweisen. Beispielsweise können sie jeweils sagen wir 10 Kanäle in einer kreisförmigen Anordnung um die Längsachse der jeweiligen Stange aufweisen.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist die Einlaßkammer ein geschweißtes (oder gelötetes) Werkstücke aus z. B. Flußstahl. Denkbar ist, daß die Kammer als Gußteil mit verlorenem Kern hergestellt wird.
Für gewöhnlich ist, wie oben angegeben, der Injektorkörper 62 nicht in einem Metallmantel eingefaßt. Er wird im Düsenblock 310 unter Verwendung eines verhältnismäßig schwachen Zements eingebaut. Der Injektorkörper 62 mit seinen Rohren 56 und der Einlaßkammer 51 kann dann vollständig aus dem Düsenblock 310 herausgezogen werden, wenn er zu ersetzen ist. Zweckmäßig wird der Injektor 50 von einem gewindeversehenen Zugorgan herausgezogen, das mit der Einlaßarmatur verbunden wird, nachdem das Zuführrohr 316 von dieser gelöst worden ist.
Die Fig. 4 veranschaulicht eine zweite Art eines Gasinjektors nach der vorliegenden Erfindung. Der Injektor 150 umfaßt eine gasdichte Einlaßkammer 151 der oben in bezug auf den Gasinjektor nach den Fig. 2 und 3 beschriebenen Art. Somit hat die Kammer eine Einlaßöffnung, an der eine Einlaßarmatur 153 befestigt ist, wobei die Einlaßarmatur 153 dazu dient, das Zuführrohr 316 und die Einlaßkammer 151 gasdicht miteinander zu verbinden. Die Kammer 151 hat mehrere Auslaßöffnungen 154.
Mit jeder Auslaßöffnung 154 ist mittels in gegenseitigem Eingriff stehender Schraubgewinde ein offenendiges Rohrteil 155 von zylindrischer Grundform verbunden, das aus Flußstahl gebildet und im nachfolgenden als Adaptor bezeichnet ist, der ein Schraubgewinde an seiner Innenfläche für einen Eingriff mit einem entsprechenden Gewinde auf der Außenseite einer Bundhülse 156 besitzt. Die Bundhülse kann ebenfalls aus Flußstahl hergestellt werden. Die Verbindung zwischen der Auslaßöffnung 154 und dem Adaptor 155 ist mittels einer ausgeglühten Kupferunterlegscheibe 157 gasdicht abgeschlossen. In der Bundhülse 156 ist eine stranggepreßte feuerfeste Stange 158 der oben beschriebenen Art aufgenommen, deren Ende an einem abgestuften Bereich 159 der Innenfläche des Adaptors 155 anstößt. Ein weiterer abgestufter Bereich 160 an der Innenfläche des Adaptors nimmt einen Stopfbüchsenpackungsring 161 auf, der aus kompressiblem Flockengraphit besteht und die feuerfeste Stange 158 umgibt. Bei der Herstellung des Injektors wird die gewindeversehene Bundhülse 156 fest in den Adaptor 155 eingeschraubt, um dadurch den Stopfbüchsenpackungsring 161 derart zuammenzupressen, daß er eine gasdichte Abdichtung gegen die feuerfeste Stange 158 bildet.
Abgesehen von ihren Austrittsenden, die in Fig. 4 nicht gezeigt sind, sind die feuerfesten Stangen in einem feuerfesten Körper des Injektors eingebettet. Die Einlaßkammer 151 und der Stopfbuchsendichtungsverbinder 155, 156, 161 sind ebenfalls teilweise im Körper 162 eingebettet, der, wie oben in der Beschreibung der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen angegeben, von einem gießfähigen Zementmaterial gebildet sein kann. Das gießfähige Material kann vorteilhaft Metallfasern, z. B. Stahlfasern (z. B. rostfreier Stahl) als Mittel zur Verstärkung des Körpers enthalten. Der Körper 162 kann gebrannt oder ungebrannt sein, er ist jedoch vorteilhaft gebrannt, um seine Temperaturwechselbeständigkeit zu erhöhen. Als Alternative zum Gießen und dann Brennen kann der Körper durch Pressen und dann Brennen gebildet sein.
Denkbar ist, daß der Injektor nur eine einzige Gasabgabestange umfaßt, vorzugsweise hat er jedoch mehrere, z. B. 5 oder 10 identische Stangen. Die Stangen sind nach einem bestimmten vorgegebenen Muster angeordnet, das mit Blick auf eine einfache Herstellung gewählt wird, verbunden mit dem Wunsch, die wirksame Verteilung des Gases in die Schmelze zu optimieren. Beispielsweise sind die Stangen gleichbeabstandet von einer Längsachse des Injektors angeordnet, wobei sie mit gleichen Abständen voneinander in einer kreisförmigen Anordnung stehen. In Abhängigkeit von der Anzahl der Stangen können sie auf mehreren konzentrischen Kreisen um die Längsachse angeordnet sein.
Die Einlaßkammer 151 ist von einem ersten Gußteil 163 aus Flußstahl gebildet, das eine Stirnwand 164 und eine Seitenwand 165 darbietet. In eine Umfangsausnehmung in der Seitenwand ist ein Kreis einer Flußstahlplatte 166 eingeschweißt, die die Rückwand der Einlaßkammer darstellt. Ein Hohlkörper 167 von zylindrischer Grundform, der aus Flußstahl gebildet ist, erstreckt sich durch die Rückwand 166 und die Vorderwand 164, wobei eine geschlossene Endwand 168 des Zylinderkörpers an die Vorderwand 164 und ein Mittelteil des Zylinderkörpers an die Rückwand 166 zur Bildung eines gasdichten Verschlusses angeschweißt ist. Die äußere und innere Oberfläche dieses Bereichs 169 des Zylinderkörpers, der sich von der Rückwand 166 nach außen erstreckt, sind mit Gewinde versehen, wobei die Innengewindefläche die Anbringung des Gaszuführrohres 316 ermöglicht. Der Zylinderkörper ist mit Öffnungen 170 versehen, um ein Durchströmen des Gases vom offenen Ende des Körpers, das als Einlaßöffnung dient, zu den Auslaßöffnungen 154 zu ermöglichen.
Zusätzlich zu seiner Funktion als Gasleitung wirkt der Zylinderkörper dadurch, daß er sowohl mit der Vorder- als auch mit hinteren Platte verschweißt ist, als Träger bzw. Abstützung zur Verhinderung einer Verformung der Einlaßkammer unter hohen Drücken und bei hohen Temperaturen.
Für gewöhnlich ist, wie oben angegeben, der Injektorkörper nicht in einem Metallmantel eingekapselt. Er wird im Düsenblock 310 unter Verwendung eines verhältnismäßig schwachen Zementes eingebaut. Der Injektorkörper 162 mit seinen feuerfesten Stangen und der Einlaßkammer 151 kann dann vollständig aus dem Düsenblock 310 herausgezogen werden, wenn er zu ersetzen ist. Zweckmäßig wird der Injektor 150 durch ein gewindeversehenes Zugorgan herausgezogen, das mit der äußeren gewindeversehenen Oberfläche des Zylinderkörpers 167 verbunden wird, nachdem die Zuführleitung von diesem gelöst ist.
Die Injektoren 50 und 150 sind insbesondere für eine Verwendung in den Ausführungen einer Einblasvorrichtung konzipiert worden, die in der WO 88/08041 beschrieben ist, sie haben jedoch einen größeren Anwendungsbereich. Sie können z. B. einfach in einem in die feuerfeste Auskleidung eines Gefäßes eingelassenen Öffnungsversehenen Block montiert werden. Die Einlaßarmatur 53/153 könnte dann einfach von der Schale des Gefäßes für eine direkte Verbindung mit einer Gaszuführleitung vorstehen.
In einem speziellen Beispiel sind fünf feuerfeste Stangen jeweils auf einem Kreis von 65 mm Durchmesser zentriert und erstrecken sich über die Länge des feuerfesten Körpers 62/162. Der Körper ist 41 cm lang und verjüngt sich von einem Durchmeser an seinem Einlaßkammerende von 14,2 cm auf 11 cm an seinem Austrittsende. Die feuerfesten Stangen haben Durchmesser von 16 mm und jede enthält eine kreisförmige Anordnung von 10 Gasdurchgangsbohrungen jeweils mit einem Durchmesser von 0,6 mm.
Das äußere feuerfeste Teil C des in Fig. 1 veranschaulichten Düsenblocks 312 hat einen mittleren Leerraum zur Aufnahme der "Schweineschwanz"-Schleife im Zufuhrrohr 316 und des Patronenelements 340. Der Zweck der Schleife im Zuführrohr 316 beteht darin, jede Bewegung des Düsenblocks in bezug auf das Einlaßteil 324 der Gaszuführung zu absorbieren, um dadurch jede Beanspruchung an den Verbindungen im Gaszuführsystem zu verhindern bzw. auf ein Minimum herabzusetzen, um so zu gewährleisten, daß das System lecksicher bleibt. Wie oben angegeben, kann der Injektor nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Düsenblockanordnung und einem Gaszuführsystem, wie in Fig. 1 gezeigt, verwendet werden. Jedoch kann der Injektor auch in Verbindung mit dem in Fig. 5 veranschaulichten Gaszuführsystem verwendet werden. In diesem Fall wird ein abgeänderter Düsenblock verwendet. Das äußere feuerfeste Teil C ist durch ein Teil C' ersetzt, das einen viel kleineren mittleren Hohlraum aufweist und bei dem die "Schweineschwanz"-Schleife und die Patrone 340 entfallen sind. In Fig. 5 erstreckt sich das Zuführrohr 316 durch eine Öffnung 271 im äußeren Teil C' des Düsenblockes, wobei das Ende des Zuführrohres 316 durch eine Stopfbuchsendichtung 273, 274, 275 hindurchgeführt ist, die einen Stopfbuchsenpackungsring 274 aus Flockengraphit enthält. Der Zweck der Stopfbuchsendichtung 273, 274, 2'75 besteht darin, einen gasdichten Verschluß am Ende des Zuführrohres 316 aufrechtzuerhalten, wobei gleichzeitig jede Bewegung des Düsenblockinjektors und des Zuführrohres, die als Folge einer Wärmeausdehnung im Gebrauch auftreten können, aufgefangen wird. Diese Anordnung ersetzt die "Schweineschwanz"- Schleifenanordnung, die in Fig. 1 veranschaulicht ist. Das Gaszuführsystem weist ein Rohr 276 und eine Einwegventilanordnung auf, der Gas von einer Quelle (nicht gezeigt) zugeführt wird. Die Ventilanordnung hat eine Ventilkammer 277, einen Ventildeckel 278 und eine Ventilbuchse 279. Im Inneren der Ventilkammer ist ein "Schwimmkörper" 280 aus Kupfer angeordnet, der Gaskanäle 281 und 282 besitzt. Im Gebrauch gelangt Gas in die Ventilkammer 277 und drückt den Kupferschwimmkörper 280 zum Auslaßfilter 283 hin, der zwischen der Ventilbuchse 279 und einer oberen Ventilplatte 284 in Stellung gehalten ist. Das Gas strömt durch die Gaskanäle 281 und 282 und über den Filter 283 durch eine Öffnung in der oberen Ventilplatte 284 aus. Wenn die Gaszuführung abgestellt wird, fällt der Schwimmkörper zurück gegen die Bodenwand der Ventilkammer.
Der Ventildeckel ist gegen eine Halteplatte mit einer zwischen ihnen zur Bildung einer gasdichten Abdichtung komprimierten Ventildeckeldichtung 286 festgelegt. Ein aus Kupfer gebildeter Einsatz 288 bildet eine Auskleidung einer Öffnung 287 in der Halteplatte 285. Das Ende des zuführrohres 316 erstreckt sich in die Öffnung 287.
Eingefaßt zwischen der Halteplatte 285 und dem Außenteil C' des Injektordüsenblocks befindet sich eine Stahlplatte 289, mit der das Gehäuse der Stopfbuchsendichtung 273, 274, 275 verschweißt ist.
Wenn die Einblasvorrichtung auseinandergebaut wird, um beispielsweise den Injektorstopfen auszuwechseln, werden jeweils die Einwegventilanordnung, die Halteplatte 285 und die Stahlplatte 289 entfernt. Bei ihrem Auswechseln ist es notwendig, eine gasdichte Abdichtung zu gewährleisten. In der Praxis ist es teilweise aufgrund der thermischen Expansionsunterschiede im Gebrauch sehr schwierig, eine gasdichte Abdichtung zwischen den Platten 289 und 285 mittels einer Flachdichtung sicherzustellen. Daher wird eine Dichtungsringanordnung verwendet, die einen Dichtungsring 290, der beispielsweise aus Flußstahl (Stahlgüte EN3) hergestellt ist, und eine Flachringdichtung 291 umfaßt, die beispielsweise aus Asbestfäden mit Verstärkungsdraht aus rostfreiem Stahl mit einer maximalen Gebrauchstemperatur von 815º gebildet ist.
Das in Fig. 5 veranschaulichte Gaszuführsystem bildet eine leckfreie Zufuhr von Gas zu dem in Fig. 4 veranschaulichten Injektor. Ein weiterer Vorteil des veranschaulichten Gaszufuhrsystems ergibt sich aus der Verwendung der Kupferbauteile 28Q, 284 und 288. Während ein Vorteil der Injektoren nach der vorliegenden Erfindung ihre verbesserte Haltbarkeit ist, ist dennoch denkbar, daß die feuerfesten Stangen und der feuerfeste Umgebungskörper unter der Wirkung eines übermäßigen Gießpfannenauskleidungsverschleißes aufbrechen. Dieses wäre ein seltener Vorfall, aber wenn er eintritt, kann dies dazu führen, daß geschmolzenes Metall in das Gaszuführrohr eindringt. Falls eine solche Situation entstehen sollte, führen die Kupferbauteile 280, 284 und 288 schnell Wärme von dem geschmolzenen Metall ab und bringen es zum Erstarren, wodurch das System gegen Auslecken geschmolzenen Metalls in die Umgebung abgedichtet wird.
Die in Fig. 5 dargestellte Gaszuführvorrichtung ist insbesondere für eine Verwendung in einer Gießpfannenvorrichtung bestimmt.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung ist anwendbar für die Einführung von Gasen in Flüssigkeiten mit erhöhter Temperatur, wie etwa geschmolzene Metalle, die in Gefäßen wie Gießpfannen enthalten sind. Mittels der Erfindung werden Gasverluste, die bislang beim Gaseinblasen auftraten, auf ein Minimum herab; gesetzt, und es wird eine effektive Gaseinblasung in eine Flüssigkeit erreicht. Das eingeblasene Gas kann dazu verwandt werden, die Flüssigkeit aufzurühren, sie thermisch oder zusammensetzungsmäßig zu homogenisieren, zur Verteilung von Legieningszusätzen beizutragen oder die Zusammensetzung der Flüssigkeit durch chemische Reaktion zwischen der Flüssigkeit und dem Gas zu verändern.

Claims

1. Gasinjektor für ein geschmolzenes Metall enthaltendes Gefäß, umfassend eine Gaseinlaßkammer in Form einer Metalleinfassung mit einer Einlaßöffnung und mindestens einer Auslaßöffnung, sowie eine stranggepreßte Stange, die sich zu einem Gasaustrittsende des Injektors erstreckt, wobei die stranggepresste Stange von einem im Wesentlichen gasundurchlässigen feuerfesten Material gebildet ist und entlang derselben eine Mehrzahl von axial verlaufenden Gaskanälen in Form von Kapillarbohrungen oder -schlitzen aufweist, wobei die Kanäle mit der Gaseinlaßkammer in Verbindung stehen und derart kleine Abmessungen aufweisen, dass im Gebrauch Schmelze im Wesentlichen nicht in die Kanäle eindringen kann, wobei die Kapillarbohrungen oder -schlitze einen Durchmesser oder eine Breite von bis zu 0,6 mm aufweisen, wobei die stranggepreßte Stange gasdicht mit der Auslaßöffnung der Gaseinlaßkammer fest verbunden ist und mit Ausnahme des Austrittsendes der Stange in einen feuerfesten Körper des Injektors eingebettet ist.

2. Gasinjektor nach Anspruch 1, bei dem die stranggepreßte Stange mittels eines Stopfbuchsenverbinders gasdicht mit der Auslaßöffnung fest verbunden ist.

3. Injektor nach Anspruch 2, bei dem der Stopfbuchsenverbinder ein Stopfbuchsenpackungselement enthält, das von einem kompressiblen Graphitmaterial, zum Beispiel Flockengraphit, gebildet ist.

4. Gasinjektor nach Anspruch 1, bei dem die stranggepreßte Stange in einem Rohr mit einer gasundurchlässigen, zum Beispiel aus einem Metall, wie nichtrostendem Stahl, gebildeten Wand eingeschlossen ist, wobei das Rohr gasdicht mit der Auslaßöffnung verbunden ist.

5. Gasinjektor nach Anspruch 4, bei dem die stranggepreßte Stange in das Rohr einzementiert ist.

6. Gasinjektor für ein geschmolzenes Metall enthaltendes Gefäß, umfassend: eine Gaseinlaßkammer mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, wobei die Auslaßöffnung eine mittels eines Stopfbuchsenverbinders gasdicht damit fest verbundene stranggepreßte Stange aufweist, die sich zu einem Gasaustrittsende des Injektors erstreckt, wobei die stranggepreßte Stange aus einem im Wesentlichen gasundurchlässigen feuerfesten Material gebildet ist und entlang derselben eine Mehrzahl von axial verlaufenden Gaskanälen in Form von Kapillarbohrungen oder -schlitzen aufweist, wobei die Kanäle mit der Gaseinlaßkammer in Verbindung stehen und derart kleine Abmessungen aufweisen, dass im Gebrauch Schmelze im Wesentlichen nicht in die Kanäle eindringen kann, wobei die Kapillarbohrungen oder -schlitze einen Durchmesser oder eine Breite von bis zu 0,6 mm aufweisen, wobei die Stange und der Stopfbuchsenverbinder mit Ausnahme des Austrittsendes der Stange in einem feuerfesten Körper des Injektors eingebettet sind.

7. Gasinjektor für ein geschmolzenes Metall enthaltendes Gefäß, umfassend eine Gaseinlaßkammer mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und einem gasdicht mit der letzteren verbundenen und sich zu einem Gasaustrittsende des Injektors erstreckenden Rohr mit einer gasundurchlässigen Wand, wobei das Rohr eine aus einem im Wesentlichen gasundurchlässigen Material gebildete und an einem Austrittsende des Rohrs endende stranggepreßte feuerfeste Stange umschließt, und die Stange entlang derselben eine Mehrzahl von axial verlaufenden Gaskanälen in Form von Kapillarbohrungen oder -schlitzen mit derart kleinen Abmessungen aufweist, dass im Gebrauch Schmelze im Wesentlichen nicht in die Kanäle eindringen kann, wobei die Kapillarbohrungen oder -schlitze einen Durchmesser oder eine Breite bis zu 0,6 mm aufweisen, wobei das Rohr mit Ausnahme seines Austrittsendes in einem feuerfesten Körper des Injektors eingebettet ist.

8. Gasinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Injektorkörper ein aus einem zementartigen Feuerfestbetonerzeugnis hergestelltes Gussteil ist.

9. Gasinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Injektorkörper eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen aufweist, mit denen jeweils eine stranggepreßte Stange gasdicht fest verbunden ist.

10. Gasinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gaseinlaßkammer eine gegossene und/oder geschweißte Metalleinfassung ist, die eine Rückwand mit einer Einlaßöffnung, eine Vorderwand mit einer oder mehreren Auslaßöffnungen und eine die Vorder- und Rückwand verbindende Seitenwand umfasst, wobei die Vorder- und Rückwand weiter durch eine oder mehrere Stützversteifungen dazwischen verbunden sind.

11. Injektor nach Anspruch 10, bei dem die Stützversteifung ein Rohrstück ist, das ein gasdicht an der Vorderwand befestigtes geschlossenes Ende und ein die Einlaßöffnung bildendes offenes Ende aufweist, wobei die Wand des Rohrstücks Öffnungen darin aufweist, um eine Gasströmung zwischen der Einlaßöffnung und der oder jeder Auslaßöffnung zu ermöglichen.