EP0148336B1 - Gasspülstein für metallurgische Gefässe - Google Patents

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EP0148336B1
EP0148336B1 EP84112403A EP84112403A EP0148336B1 EP 0148336 B1 EP0148336 B1 EP 0148336B1 EP 84112403 A EP84112403 A EP 84112403A EP 84112403 A EP84112403 A EP 84112403A EP 0148336 B1 EP0148336 B1 EP 0148336B1
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gas
brick
collecting chamber
annular collecting
shaped brick
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EP84112403A
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Hans Dipl.-Ing. Höffgen
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Radex Deutschland AG fur Feuerfes
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RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor

Definitions

  • the invention relates to a gas purging plug for metallurgical vessels, consisting of a gas-permeable molded block with directed porosity, which can be inserted into the wall or the bottom of the container, which is formed in an annular region of the molded block, and a gas-tight sheet metal casing partially surrounding the molded block, which consists of a lateral circumferential surface of the molded sheet metal jacket and a sheet metal cover covering the outer end face of the molded block is welded together, and a gas supply pipe which is welded to the edge of a central gas inlet opening of the sheet metal cover.
  • Gas flushing blocks are known from the Radex Rundschau, Issue 3, September 1983, Radenthein, which are provided with a directional porosity in a uniform distribution over their entire cross-section.
  • the purging gas penetrates radially outwards through the gap between the outer end face of the shaped block and the sheet metal base and then flows upwards through the pores in accordance with the principle of least constraint and reaches the melt.
  • the individual bores are subjected to the purging gas unevenly, so that the purging stone cannot be optimally used.
  • the object of the invention is to design a gas purging plug in such a way that, in particular, the ring region provided with directed porosity is optimally used for the gas passage.
  • this object is achieved in that an annular collecting space is provided in front of the entry cross section of the ring area with directed porosity, that the connection area of the central gas supply pipe is connected to the annular collecting space via at least one connecting channel running parallel to the outer end face of the shaped block, and in that the connecting channel opens diagonally into the annular collecting space.
  • the construction according to the invention ensures that a uniform pressure distribution is reliably established in front of the entire ring area, which is provided with the directional porosity, so that a uniform flow through the sink is achieved due to the uniform pressure conditions.
  • the tangential flow component generates a rotating gas flow in the annular collecting space, which accelerates the setting of the uniform pressure distribution.
  • the connecting channel is expediently designed in a spiral.
  • a plurality of connecting channels are preferably distributed at uniform intervals over the circumference, all connecting channels opening obliquely into the collecting space at the same angle.
  • the gas inlet opening can be surrounded by a circular inlet space, the connecting channels extending from the inlet space to the annular collecting space.
  • the expanded entry space ensures that all connecting channels distributed over the circumference are acted upon uniformly.
  • the annular collecting space, the entry space and the connecting channels are preferably formed by beaded bulges of the sheet metal cover.
  • This design measure makes it very easy to manufacture all cavities and channels. They can be formed in the lid of the sheet metal casing in a single operation. In addition, this has the advantage for the sheet metal lid that its rigidity is increased considerably, so that it does not suffer any unwanted deformation even when exposed to high purge gas pressures. This ensures that the flow is always smooth and optimal.
  • the gas purging plug 1 essentially consists of a molded block 2 made of porous, refractory material, a sheet metal casing 3 which partially surrounds the molded block 2, and a gas supply pipe 4.
  • the shaped block 2 is frustoconical, the larger end face 5 of the shaped block 2, which in the installed state of the gas flushing block faces the outside of the metallurgical vessel, is the entry side for the flushing gas.
  • a directional porosity is formed in a concentric ring region 6 of the shaped block 2 and consists of a plurality of bores 7 with very small diameters.
  • the shaped block 2 is surrounded on its circumferential surface with a sheet metal jacket 8, while the outer end face 5 of the shaped block is covered with a sheet metal cover 9.
  • the metal cover 9 lies against the outer end face 5 of the shaped block 2 and extends to the outermost edge of the end face 5.
  • the edge of the sheet metal jacket 8 is flanged over the sheet metal cover 9 and connected to it in a gas-tight manner via a circumferential weld seam 10.
  • the sheet metal cover 9 has a gas inlet opening 11, which carries a cylindrical edge projecting in the axial direction.
  • the gas supply pipe 4 is gas-tightly connected to the gas inlet opening 11, the end of the gas supply pipe 4 being positively inserted into the gas inlet opening 11 and connected to the edge 12 in a gas-tight manner via a circumferential weld seam 13.
  • a circular inlet space 14 which is stamped into the sheet metal cover 9. Furthermore, a circumferential, bead-shaped bulge 15 is incorporated into the sheet metal cover, which creates a collecting space 16 between the end face 5 of the shaped block 5 and the cover material, which runs directly in front of the entry cross section of the ring region 6 with directed porosity.
  • the entry space 14 and the collection space 16 are connected to one another via six spiral-arm connecting channels 17.
  • the connecting channels 17 are formed in the same way as the entry space 14 and the collecting space 16 by bead-shaped bulges 18.
  • the six spiral-arm connecting channels 17 are arranged at uniform intervals over the circumference and have the same sense of direction.
  • the sheet metal cover 9 can be produced with all of its bead-shaped bulges in a single operation.
  • the beads give the sheet metal cover 9 very good stability and can therefore withstand considerable pressures without deforming. Also, there is no warping of the cover when the weld seams 10 and 13 are attached.
  • the purging gas entering the inlet space 14 through the gas supply pipe 4 is distributed uniformly over the six connecting channels 17 and from there reaches the collecting space 16. Since the purging gas flows obliquely into the collecting space 16 with a strong tangential component. a circulating gas flow is generated in the collecting space, so that a uniform pressure distribution is achieved with directed porosity in front of the entire inlet cross section of the ring region 6. This ensures that the gas purging plug is flowed through evenly over its circumference.
  • the connecting channels 17 are only about one to two millimeters high.
  • the width of the connecting channels 17 is approximately five to six millimeters.
  • the inlet space surrounding the gas inlet opening, the annular collecting space and the channels connecting the two spaces are formed by recesses on the outer end face of the shaped block.
  • the sheet metal cover can be completely flat.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasspülstein für metallurgische Gefäße, bestehend aus einem in die Wand oder den Boden des Gefäßes einsetzbaren gasdurchlässigen Formstein mit gerichteter Porosität, die in einem Ringbereich des Formsteins ausgebildet ist, einer den Formstein teilweise umgebenden gasdichten Blechumkleidung, die aus einem sich um die seitliche Umfangsfläche des Formsteins erstreckenden Blechmantel und einem die äußere Stirnfläche des Formsteins überdeckenden Blechdeckel zusammengeschweißt ist, sowie einem Gaszuführungsrohr, das an den Rand einer mittigen Gaseintrittsöffnung des Blechdeckels angeschweißt ist.
  • Aus der Radex-Rundschau, Heft 3, September 1983, Radenthein, sind Gasspülsteine bekannt, die über ihren gesamten Querschnitt in gleichmäßiger Verteilung mit einer gerichteten Porosität versehen sind. Bei derartigen Gasspülsteinen wird darauf vertraut, daß das Spülgas durch den Spalt zwischen der äußeren Stirnfläche des Formsteins und dem Blechboden radial nach außen hindurchdringt und dann entsprechend dem Prinzip des geringsten Zwangs durch die Poren nach oben strömt und in die Schmelze gelangt. Dabei besteht jedoch das Problem, daß die einzelnen Bohrungen ungleichmäßig mit dem Spülgas beaufschlagt werden, so daß keine optimale Ausnutzung des Spülsteins erfolgen kann.
  • Ferner ist es bekannt, die gerichtete Porosität bei Gasspülsteinen in Ringbereichen anzuordnen. Bei diesen Gasspülsteinen ist jedoch das Problem einer gleichmäßigen Beaufschlagung der Durchgänge über den Ringbereich nicht gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasspülstein derart auszubilden, daß insbesondere der mit gerichteter Porosität versehene Ringbereich optimal für den Gasdurchtritt ausgenutzt wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem Eintrittsquerschnitt des Ringbereichs mit gerichteter Porosität ein ringförmiger Sammelraum vorgesehen ist, daß der Anschlußbereich des mittigen Gaszuführungsrohrs über mindestens einen parallel zur äußeren Stirnfläche des Formsteins verlaufenden Verbindungskanal mit dem ringförmigen Sammelraum in Verbindung steht und daß der Verbindungskanal schräg in den ringförmigen Sammelraum mündet.
  • Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird erreicht, daß sich vor dem gesamten Ringbereich, der mit der gerichteten Porosität versehen ist, zuverlässig eine gleichmäßige Druckverteilung einstellt, so daß aufgrund der einheitlichen Druckverhältnisse eine gleichmäßige Durchströmung des Spülsteins erzielt wird. Durch die tangentiale Strömungskomponente wird in dem ringförmigen Sammelraum eine rotierende Gasströmung erzeugt, durch die die Einstellung der gleichmäßigen Druckverteilung beschleunigt wird.
  • Um die Strömungsführung optimal zu gestalten, ist der Verbindungskanal zweckmäßig spiralförmig ausgebildet. Je nach Größe des Steins sind vorzugsweise mehrere Verbindungskanäle in gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilt angeordnet, wobei sämtliche Verbindungskanäle unter dem gleichen Winkel schräg in den Sammelraum münden.
  • Die Gaseintrittsöffnung kann von einem kreisförmigen Eintrittsraum umgeben sein, wobei sich die Verbindungskanäle von dem Eintrittsraum zu dem ringförmigen Sammelraum erstrecken. Durch den erweiterten Eintrittsraum wird eine gleichmäßige Beaufschlagung sämtlicher über den Umfang verteilter Verbindungskanäle erreicht.
  • Der ringförmige Sammelraum, der Eintrittsraum sowie die Verbindungskanäle sind vorzugsweise durch sickenförmige Ausbauchungen des Blechdeckels gebildet. Durch diese konstruktive Maßnahme ist die Ausbildung sämtlicher Hohlräume und Kanäle sehr einfach herstellbar. Sie können in einem einzigen Arbeitsgang in dem Deckel der Blechumkleidung ausgebildet werden. Darüber hinaus entsteht dadurch für den Blechdeckel der Vorteil, daß seine Steifigkeit erheblich erhöht wird, so daß er selbst bei Beaufschlagung mit hohen Spülgasdrücken keine ungewollte Verformung erleidet. Es ist somit gewährleistet, daß die Strömungsführung stets gleichmäßig und optimal verläuft.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen :
    • Figur 1 eine Ansicht eines Gasspülsteins in Richtung des Pfeiles aus Fig. 2 und
    • Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 aus Fig. 1.
  • Nach der Zeichnung besteht der Gasspülstein 1 im wesentlichen aus einem Formstein 2 aus porösem, feuerfestem Material, einer Blechumkleidung 3, die den Formstein 2 teilweise umgibt, sowie einem Gaszuführungsrohr 4.
  • Der Formstein 2 ist kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die größere Stirnfläche 5 des Formsteins 2, die im eingebauten Zustand des Gasspülsteins zur Außenseite des metallurgischen Gefäßes weist, die Eintrittsseite für das Spülgas ist.
  • In einem konzentrischen Ringbereich 6 des Formsteins 2 ist eine gerichtete Porosität ausgebildet, die aus einer Mehrzahl von Bohrungen 7 mit sehr kleinen Durchmessern besteht. Die Bohrungen 7, von denen in der Zeichnung nur die Mittellinien angedeutet sind, erstrecken sich von der äußeren Stirnfläche 5 bis zu der im eingebauten Zustand mit der Schmelze in Berührung kommenden inneren Stirnfläche des Formsteins 2.
  • An seiner Umfangsfläche ist der Formstein 2 mit einem Blechmantel 8 umgeben, während die äußere Stirnfläche 5 des Formsteins mit einem Blechdeckel 9 überdeckt ist. Der Blechdeckel 9 liegt an der äußeren Stirnfläche 5 des Formsteins 2 an und erstreckt sich bis zum äußersten Rand der Stirnfläche 5. In diesem äußeren Bereich ist der Rand des Blechmantels 8 über den Blechdeckel 9 umgebördelt und über eine rundumlaufende Schweißnaht 10 gasdicht mit diesem verbunden.
  • In seiner Mitte weist der Blechdeckel 9 eine Gaseintrittsöffnung 11 auf, die einen in Axialrichtung vorspringenden zylindrischen Rand trägt. Das Gaszuführungsrohr 4 ist gasdicht an die Gaseintrittsöffnung 11 angeschlossen, wobei das Ende des Gaszuführungsrohrs 4 formschlüssig in die Gaseintrittsöffnung 11 eingesteckt und über eine umlaufende Schweißnaht 13 außen mit dem Rand 12 gasdicht verbunden ist.
  • Unmittelbar an die Gaseintrittsöffnung 11 sohließt sich ein kreisförmiger Eintrittsraum 14 an, der durch eine Stanzung in den Blechdeckel 9 eingeformt ist. Ferner ist in den Blechdeckel eine umlaufende, sickenförmige Ausbauchung 15 eingearbeitet, die zwischen der Stirnfläche 5 des Formsteins 5 und dem Deckelmaterial einen Sammelraum 16 schafft, der unmittelbar vor dem Eintrittsquerschnitt des Ringbereichs 6 mit gerichteter Porosität verläuft.
  • Der Eintrittsraum 14 und der Sammelraum 16 sind über sechs spiralarmige Verbindungskanäle 17 miteinander verbunden. Die Verbindungskanäle 17 sind in gleicher Weise wie der Eintrittsraum 14 und der Sammelraum 16 durch sickenförmige Ausbauchungen 18 gebildet. Die sechs spiralarmigen Verbindungskanäle 17 sind in gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilt angeordnet und weisen denselben Richtungssinn auf.
  • Der Blechdeckel 9 kann mit all seinen sickenförmigen Ausbauchungen in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden. Durch die Sicken erhält der Blechdeckel 9 eine sehr gute Stabilität und kann dadurch erheblichen Drücken standhalten, ohne sich zu verformen. Auch treten keine Verwerfungen des Deckels beim Anbringen der Schweißnähte 10 und 13 auf.
  • Das durch das Gaszuführungsrohr 4 in den Eintrittsraum 14 gelangende Spülgas verteilt sich gleichmäßig auf die sechs Verbindungskanäle 17 und gelangt von dort in den Sammelraum 16. Da das Spülgas mit einer starken Tangentialkomponente schräg in den Sammelraum 16 einströmt. wird in dem Sammelraum eine umlaufende Gasströmung erzeugt, so daß vor dem gesamten Eintrittsquerschnitt des Ringbereichs 6 mit gerichteter Porosität eine gleichmäßige Druckverteilung erzielt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß der Gasspülstein über seinen Umfang gleichmäßig durchströmt wird.
  • Während der Eintrittsraum 14 und der Gassammelraum 16 etwa zwei bis drei Millimeter hoch sind. sind die Verbindungskanäle 17 nur etwa ein bis zwei Millimeter hoch. Die Breite der Verbindungskanäle 17 beträgt etwa fünf bis sechs Millimeter. Durch diese Dimensionierung wird in den Verbindungskanälen eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases erzielt, die mit dazu beiträgt, daß in dem Sammelraum 16 eine gute Gasverteilung mit gleichmäßigen Druckverhältnissen erreicht wird.
  • Bei einer anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform sind der die Gaseintrittsöffnung umgebende Eintrittsraum, der ringförmige Sammelraum sowie die die beiden Räume verbindenden Kanäle durch Ausnehmungen an der äußeren Stirnseite des Formsteins ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Blechdeckel völlig ebenflächig ausgebildet sein.

Claims (5)

1. Gasspülstein für metallurgische Gefäße, bestehend aus einem in die Wand oder den Boden des Gefäßes einsetzbaren gasdurchlässigen Formstein (2) mit gerichteter Porosität, die in einem Ringbereich (6) des Formsteins (2) ausgebildet ist, einer den Formstein (2) teilweise umgebenden gasdichten Blechumkleidung (3), die aus einem sich um die seitliche-Umfangsfläche des Formsteins (2) erstreckenden Blechmantel (8) und einem die äußere Stirnfläche des Formsteins (2) überdeckenden Blechdeckel (9) zusammengeschweißt ist, sowie einem Gaszuführungsrohr (4), das an den Rand einer mittigen Gaseintrittsöffnung (11) des Blechdeckels (9) angeschweißt ist, wobei vor dem Eintrittsquerschnitt des Ringbereichs (6) mit gerichteter Porosität ein ringförmiger Sammelraum (16) vorgesehen ist, der Anschlußbereich des mittigen Gaszuführungsrohrs (4) über mindestens einen parallel zur äußeren Stirnfläche (5) des Formsteins (2) verlaufenden Verbindungskanal (17) mit dem ringförmigen Sammelraum (16) in Verbindung steht und der Verbindungskanal (17) schräg in den ringförmigen Sammelraum (16) mündet.
2. Gasspülstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (17) spiralförmig ausgebildet ist.
3. Gasspülstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilt angeordnete Verbindungskanäle (17) vorgesehen sind, die unter dem gleichen Winkel schräg in den ringförmigen Sammelraum (16) münden.
4. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnung (11) des Blechdeckels (9) von einem kreisförmigen Eintrittsraum (14) umgeben ist und daß sich die Verbindungskanäle (17) von dem Eintrittsraum (14) zu dem ringförmigen Sammelraum (16) erstrecken.
5. Gasspülstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sammelraum (16), der Eintrittsraum (14) sowie die Verbindungskanäle (17) durch sickenförmige Ausbauchungen des Blechdeckels (9) gebildet sind.
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