EP0292670B1 - Feuerfester keramischer Formkörper - Google Patents

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Publication number
EP0292670B1
EP0292670B1 EP88104933A EP88104933A EP0292670B1 EP 0292670 B1 EP0292670 B1 EP 0292670B1 EP 88104933 A EP88104933 A EP 88104933A EP 88104933 A EP88104933 A EP 88104933A EP 0292670 B1 EP0292670 B1 EP 0292670B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaped member
passage
member according
gas
solids
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP88104933A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0292670A2 (de
EP0292670A3 (en
Inventor
Lorenz Dötsch
Karl-Heinz Höfer
Jean-Louis Retrayt
Bernd Kull
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE
Original Assignee
RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE
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Filing date
Publication date
Application filed by RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE filed Critical RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE
Priority to AT88104933T priority Critical patent/ATE54948T1/de
Publication of EP0292670A2 publication Critical patent/EP0292670A2/de
Publication of EP0292670A3 publication Critical patent/EP0292670A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0292670B1 publication Critical patent/EP0292670B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 refractory ceramic molded body according to the preamble of claim 1.
  • Such molded bodies are generally referred to as " flushing stones”.
  • Flushing stones are preferably inserted into the wall or the bottom of a metallurgical melting vessel (e.g. converter, pan) and here mostly by means of a perforated brick and are used for blowing in flushing gases, in particular inert flushing gases such as argon, for melt treatment in order to optimize the quality.
  • a metallurgical melting vessel e.g. converter, pan
  • flushing gases in particular inert flushing gases such as argon
  • DE-OS 3 520 207 also describes a sink which is intended to blow gases or solids into a pan containing molten metal.
  • the published application which deals exclusively with the mounting of the sink in the perforated block, shows in the single figure a sink with a central, large passage channel through which gases or solids are to be blown.
  • the embodiment shown with a particularly large passage channel cannot be used in practice because, with this size of a passage channel, molten metal would easily penetrate into the sink and destroy the device.
  • Such solids are fine lime or mixtures of fine lime and soda, but also calcium carbide (CaC 2 ) or calcium cyanamide (CaCN 2 ).
  • a multi-part gas purging plug is known from EP-A 87 261, a common cavity being formed between two sections arranged one above the other, in which a valve body is movably guided.
  • the valve body is manipulated externally via a spindle.
  • the respective valve position must therefore be set manually, which, in addition to the multi-part form, is a major disadvantage of the known device. Blockages can also occur when solids are injected.
  • blowing or immersion lances such as are described, for example, in German utility models 8 622 299 or 8 626 930, are largely used for blowing in solids.
  • Both inert gases and additives of the type mentioned are introduced into the molten metal via blowing lances of this type.
  • the blow lance with the blow head and most of its casing is immersed in the molten metal.
  • the gas and / or the solid is injected into the molten metal via the so-called lance core, usually a steel tube that opens into the blow head with corresponding outlet openings.
  • a particular problem is that when the lance is immersed in the liquid metal bath and during the blowing process, the displacement of the liquid results in strong oscillatory movements and thus large flexing forces which have to be absorbed without damaging the lance and in particular the refractory casing.
  • this problem can practically not be dealt with in the case of a blowing lance which is freely immersed in a molten metal by means of a so-called lance stand.
  • the invention has for its object to provide a way for simple and safe supply of gas and / or solid in the molten metal of a metallurgical vessel, which does not lead to the known mechanical problems with blowing lances, but in which there is also no risk of clogging or a breakthrough of the molten metal can be added to the molten metal without further solids.
  • the aim is to be able to supply both gases and solids, if appropriate in combination, if possible via one device.
  • the invention provides a molded body according to the preamble of claim 1, in which the valve comprises a closing body which seals the passage channel in the starting position (without gas / solid passage) and which seals when a predeterminable gas and / or solid stream is reached Position can be removed and the passage channel releases.
  • the invention also consists in a method according to claim 15 for blowing solid, powdery or granular additives into a molten metal.
  • the invention has recognized that, for example, the channels of gas purging stones with "directed porosity" (Radex-Rundschau, loc. Cit.) Are no more sufficient for transporting solids than the pores in a gas purging plug with "non-directional porosity " .
  • the channel must rather be larger, for example the average diameter is 2 to 10 mm, preferably 4 to 6 mm. With such an open cross section, of course, the risk of penetration of molten metal is greater, which is now reliably prevented by the aforementioned valve formation in the flow channel.
  • the closing body must be larger than the cross section of the passage to ensure a secure seal.
  • the closing body After the body has burned out, only the closing body remains as such, which preferably consists of a high-quality refractory ceramic, for example of zirconium dioxide (Zr0 2 ) or titanium dioxide (Ti0 2 ).
  • a high-quality refractory ceramic for example of zirconium dioxide (Zr0 2 ) or titanium dioxide (Ti0 2 ).
  • Another alternative is to manufacture the part of the sink that receives the check valve separately.
  • This part can in turn consist of two parts, which together form the space of the check valve and have corresponding connection openings for the passage channel.
  • the “block” produced separately in this way is then preferably inserted into the flushing block at the connection end and mortared there, for example.
  • the invention proposes to design the closing body as a ball, so that, regardless of the particular orientation, a secure contact against the passage channel in the closed position is always ensured.
  • Safe sealing for example in the event of an interruption in the blowing process, also ensures that a closed space is created above the valve, the gas column built up therein making it difficult for metal melt to penetrate.
  • valve ensures that the metal flow is stopped in the area of the sink and the metal melt then freezes for a short time.
  • molten metal penetrates only in the uppermost regions of the passage channel and freezes there immediately, which has the advantage that such a sink can be used again. Instead of changing the sink, only the upper, frozen area needs to be drilled out, and the sink is then available for further use.
  • the cooling device can be designed in various ways and can consist, for example, of a cooling line through which liquid or gas can flow and which is arranged directly adjacent to the passage channel.
  • This cooling line can, for example, be helically guided around the through-channel and thus enables intensive cooling which, during normal operation, i.e. when an inert gas and / or a preferably powdery solid is blown through the through-channel, does not disturb the operation, on the other hand immediately in the event that molten metal penetrates the channel, causing it to solidify.
  • the cooling line can be arranged so that it forms a closed circuit, in an alternative embodiment it is provided that the cooling line with the section opposite the connection-side end opens into the surface of the shaped body facing the molten metal of the metallurgical vessel, that is to say the cooling gas sent through is blown into the molten metal.
  • This embodiment can be used, for example, to send the inert gas for purging through the cooling line, while the powdery solids themselves are passed through the passage channel, possibly together with further purging gas.
  • the cooling line is preferably designed as a copper line, which further enhances the desired cooling effect due to excellent heat conduction.
  • This cooling line can also be used to display residual strength at the same time, whereby exemplary residual strength display devices are described, for example, in the Radex Rundschau (loc. Cit.).
  • the electrical conductivity of the copper material of the line can be used, for example, to close or interrupt an electrical circuit when molten metal penetrates and to simultaneously actuate a corresponding signal device.
  • the purging plug is inserted, for example, into a perforated block (possibly via a perforated block sleeve) and is rigidly arranged there.
  • Problems related to mechanical stress such as occur with blowing lances and described above, omitted.
  • the molded body is no longer exposed to mechanical loads, which significantly increases its service life.
  • complex measures to set up a lance stand can be dispensed with.
  • the flushing in of gases and solids in particular at the bottom makes the melt treatment more uniform than processes using blowing lances. Above all, a molded body according to the invention is much cheaper than a known lance arrangement.
  • the molded body can also be combined with a breakthrough protection, as described for example in the Radex-Rundschau (loc. Cit.).
  • the passage channel can be designed like a siphon.
  • the "knee" formed in the connection-side end results in a kind of pressure cushion when the gas / solids supply is reduced or switched off, while in the upper section facing the molten metal in the vessel, any penetrating molten metal is stopped in its flow and thus even faster can freeze, especially when arranging a cooling device.
  • the point of discontinuity in the passage channel generally referred to as a siphon, can be designed in various ways, for example S-shaped.
  • the sink is frustoconical in shape, its upper, narrower end 12 facing the molten metal in the melting vessel and its lower, wider end 14 forming the connection-side end.
  • the sink 10 has a plurality of channels 16, which run essentially parallel to the peripheral surface 18 and have a small diameter (maximum about 1 mm).
  • the dense material between the channels 16 consists essentially of the above-mentioned corundum qualities.
  • a sheet metal casing 20 comprises a sheet metal jacket 22 which extends around the peripheral surface 18 of the sink 10 and a circular base 26 which covers the lower end face of the sink 10 and is welded to the sheet jacket 22 in a gas-tight manner on its outer periphery.
  • the ceramic molded body is inserted into the sheet metal jacket 22 via a mortar layer 28, in such a way that a space 30 remains between the lower end face 24 and the bottom 26, which is achieved by two spacers 32 which run crosswise to one another (in the figure, this is parallel to see spacers 32 extending to the plane of the drawing).
  • a connecting line 34 (gas-tight connection) runs in the center from the bottom 26, via which an inert gas such as argon can be blown into the pressure chamber 30 and there through the channels 16. The gas flow runs through the lower, front opening of the channels 16 through the channels 16 to the opposite, upper front end 36 and from there into the molten metal (not shown).
  • the gas connection for line 34 is made in a known manner.
  • the sink 10 is used in a suitable manner in the bottom or the wall of the metallurgical melting vessel, for example in a perforated stone or via a perforated stone sleeve.
  • a passage 38 Concentric to the central longitudinal axis of the sink 10 is arranged in this a passage 38, which can either be drilled out or formed by a metal or dense refractory tube.
  • the passage channel 38 runs from the upper end face 36 to the lower end face 24 and continues from there in a connecting line 40 which in the first part runs concentrically to the connecting line 34 and then passes through it in a gastight manner.
  • a copper line 43 which forms a ring line with a supply line 42 and a discharge line 44, extends helically around the passage channel. It is obvious that cooling air supplied via the supply line 42 is helical due to the forced guidance around the passage channel 38 up to the upper end 36 of the molded body flows and from there back to the discharge line 44 and due to the tight order Closure of the passage 38 causes a high cooling effect.
  • a valve 46 is arranged somewhat above the lower end face 24 in the course of the passage 38. This consists of a chamber 48 widening on both sides of the passage 38, which has approximately a kidney shape in the sectional drawing, which extends from a section directly above the inlet opening of the passage line 38 at 50 offset laterally into the refractory ceramic.
  • a ball 52 Arranged within the chamber 48 is a ball 52 which, in the illustration according to the drawing, lies directly on the inlet opening of the passage channel 38 at 50 and seals it.
  • the design of the chamber 48 is such that when a specific gas pressure is applied, the ball 52 is pushed away from its sealing position at 50 and is guided out of engagement with the passage channel 38 into the position 54 shown in dashed lines in the figure along a constrained guide indicated by the arrow. whereby the path of the passage 38 is completely cleared.
  • valve 46 it is also possible to design the area marked with dash-dotted lines around the valve 46 as a separate component (this component 56 itself may in turn consist of two halves) and it will be inserted (mortared in) in the correspondingly drilled or recessed matrix material of the molded body 10 ).
  • argon for example
  • a gas reservoir which is also not shown, argon, for example
  • the gas flow when the ball 52 is reached, leading it away from the closed position into the upper position shown in broken lines in the figure, the cross section of the passage 38 is released.
  • the gas then continues to flow through the channel 38 into the molten metal.
  • a powdery or granular additive such as lime or the like, is blown into the feed line 40 and in the same way fed through the channel 38 into the melt.
  • the ball 52 When falling below a certain flow rate of the solid or gas guided through the channel 38, the ball 52 falls back into its closed position at 50 and thus seals the channel 38 downward.
  • cooling line 43 Due to the arrangement of the cooling line 43 it can be achieved that any metal melt which has penetrated solidifies much earlier, namely in the region of the upper end face 36, and thus further penetration of metal melt is prevented.
  • the copper line 43 also offers a safety function, namely if the upper region 12 of the sink is eroded to a certain depth, the metal melt reaches the copper line 43 and melts it; at the same time, the pressure in the lines 42, 44 drops, which can be registered by a corresponding display device.
  • the metallic conductivity of the copper material can also be used to connect corresponding residual strength display devices, as described, for example, in German Offenlegungsschriften 3,424,466 or 3,503,221.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen feuerfesten keramischen Formkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Formkörper werden im allgemeinen als «Spülsteine» bezeichnet.
  • Spülsteine werden vorzugsweise in die Wand oder den Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes (zum Beispiel Konverter, Pfanne) und hier meist mittels eines Lochsteins eingesetzt und dienen zum Einblasen von Spülgasen, insbesondere inerten Spülgasen wie Argon, zur Schmelzenbehandlung im Sinne einer Optimierung der Qualität.
  • Derartige Spülsteine sind vielfach beschrieben worden, beispielhaft sei auf die deutschen Offenlegungsschriften 3 531 533, 3 527 793, 3 531 534 und 3 520 783 verwiesen.
  • Auch in der DE-OS 3 520 207 ist ein Spülstein beschrieben, der zum Einblasen von Gasen oder Feststoffen in eine Metallschmelze enthaltende Pfanne dienen soll. Die Offenlegungsschrift, die sich ausschließlich mit der Halterung des Spülsteins im Lochstein befaßt, zeigt in der einzigen Figur einen Spülstein mit einem mittigen, großen Durchlaßkanal, durch den Gase oder Feststoffe eingeblasen werden sollen. Die dargestellte Ausführungsform mit besonders großem Durchlaßkanal ist in der Praxis nicht einsetzbar, weil bei dieser Größe eines Durchlaßkanals ohne weiteres Metallschmelze in den Spülstein eindringen und die Einrichtung zerstören würde.
  • Allerdings besteht ein dringendes Bedürfnis, auch Feststoffe in die Metallschmelze einzudüsen, insbesondere zum Entschwefeln. Derartige Feststoffe sind Feinkalk oder Gemische aus Feinkalk und Soda, aber auch Calciumkarbid (CaC2) oder Kalkstickstoff (CaCN2).
  • 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. Außerdem bestünde die große Gefahr der Metallschmelzeinfiltration, sobald der Gasdruck etwas vermindert würde.
  • Aus der EP-A 87 261 ist ein mehrteiliger Gasspülstein bekannt, wobei zwischen zwei übereinander angeordneten Abschnitten ein gemeinsamer Hohlraum ausgebildet wird, in dem ein Ventilkörper bewegbar geführt wird. Der Ventilkörper wird extern über eine Spindel manipuliert. Die jeweilige Ventilstellung muß also manuell eingestellt werden, worin neben der mehrteiligen Form ein wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtung besteht. Beim Eindüsen von Feststoffen kann es außerdem zu Verstopfungen kommen.
  • Zum Einblasen von Feststoffen werden heute weitestgehend sogenannte Blas- oder Tauchlanzen eingesetzt, wie sie zum Beispiel in den deutschen Gebrauchsmustern 8 622 299 oder 8 626 930 beschrieben sind. Über derartige Blaslanzen werden sowohl Inertgase als auch Zusatzstoffe der genannten Art in die Metallschmelze eingeführt. Dazu wird die Blaslanze mit dem Blaskopf und dem größten Teil ihrer Ummantelung in die Metallschmelze getaucht. Über den sogenannten Lanzenkern, in der Regel ein Stahlrohr, das im Blaskopf mit entsprechenden Ausgangsöffnungen mündet, wird das Gas und/oder der Feststoff in die Metallschmelze eingedüst.
  • Der in die Metallschmelze eintauchende Teil der Blaslanze ist erheblichen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, worauf in den genannten deutschen 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 Ummantelung gegebenenfalls noch funktionsfä- hig wäre.
  • Zahlreiche Versuche in der Vergangenheit haben sich deshalb mit der mechanischen Stabilisierung derartiger Blaslanzen beschäftigt.
  • Ein besonderes Problem dabei ist, daß beim Eintauchen der Lanze in das flüssige Metallbad und während des Blasvorganges durch die Verdrängung der Flüssigkeit starke Schwingungsbewegungen und damit große Walkkräfte entstehen, die ohne Beschädigung der Lanze und insbesondere der feuerfesten Ummantelung aufgenommen werden müssen. Dieses Problem ist jedoch bei einer mit Hilfe eines sogenannten Lanzenstandes in eine Metallschmelze frei eintauchenden Blaslanze praktisch nicht in den Griff zu bekommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur einfachen und sicheren Zuführung von Gas und/oder Feststoff in die Metallschmelze eines metallurgischen Gefäßes aufzuzeigen, bei der es nicht zu den bei Blaslanzen bekannten mechanischen Problemen kommt, bei denen aber auch ohne die Gefahr von Verstopfungen oder eines Durchbruchs der Metallschmelze ohne weiteres Feststoffe in die Metallschmelze aufgegeben werden können. Dabei ist es erfindungsgemäß angestrebt, möglichst über eine Einrichtung sowohl Gase als auch Feststoffe, gegebenenfalls in Kombination aufgeben zu können.
  • Die Erfindung sieht dazu einen Formkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vor, bei dem das Ventil einen, den Durchlaßkanal in der Ausgangsstellung (ohne Gas-/Feststoffdurchleitung) abdichtenden Schließkörper umfaßt, der bei Erreichen eines vorgebbaren Gas- und/oder Feststoffstromes aus seiner abdichtenden Stellung wegführbar ist und den Durchlaßkanal freigibt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2-14 dargestellt. Darüber hinaus besteht die Erfindung auch in einem Verfahren gemäß Anspruch 15 zum Einblasen von festen, pulverförmigen oder körnigen Zusatzstoffen in eine Metallschmelze.
  • Die Erfindung hat erkannt, daß zum Beispiel die Kanäle von Gasspülsteinen mit «gerichteter Porosität» (Radex-Rundschau, a.a.O.) ebensowenig für einen Feststofftransport ausreichen, wie die Poren in einem Gasspülstein mit «ungerichteter Porosität". Der Kanal muß vielmehr größer sein, beispielsweise beträgt der mittlere Durchmesser 2 bis 10 mm, vorzugsweise 4 bis 6 mm. Bei einem derartigen offenen Querschnitt ist jedoch selbstverständlich die Gefahr des Eindringens von Metallschmelze größer, was durch die genannte Ventilausbildung im Durchflußkanal nunmehr zuverlässig verhindert wird.
  • Es ist selbstverständlich, daß der Schließkörper dabei größer sein muß als der Querschnitt des Durchlaßkanals, um eine sichere Abdichtung zu gewährleisten.
  • Um den Schließkörper nun in den Formkörper beziehungsweise das Ventil einbringen zu können, schlägt die Erfindung verschiedene weitere Alternativen vor:
    • Eine Möglichkeit besteht darin, bei der Herstellung des Formkörpers entlang des Weges des Durchlaßkanals einen, aus einem verbrennbaren Material, zum Beispiel einem Schaumkunststoff, bestehenden Körper miteinzuformen, in dem wiederum der Schließkörper enthalten ist. Dabei weist der verbrennbare Körper die Form der später auszubildenden Kammer des als Rückschlagventil gestalteten Ventils auf.
  • Nach dem Ausbrennen des Körpers verbleibt nur noch der Schließkörper als solcher, der vorzugsweise aus einer hochwertigen feuerfesten Keramik, zum Beispiel aus Zirkondioxid (Zr02) oder Titandioxid (Ti02) besteht.
  • Eine andere Alternative besteht darin, den das Rückschlagventil aufnehmenden Teil des Spülsteines getrennt herzustellen. Dabei kann dieser Teil wiederum aus zwei Teilen bestehen, die gemeinsam den Raum des Rückschlagventils ausbilden und entsprechende Anschlußöffnungen für den Durchlaßkanal aufweisen. Der so getrennt hergestellte «Block» wird anschließend vorzugsweise am anschlußseitigen Ende des Spülsteins in diesen eingesetzt und dort zum Beispiel eingemörtelt.
  • Um eine besonders sichere Abdichtung zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, den Schließkörper als Kugel auszubilden, so daß unabhängig von der jeweiligen Ausrichtung stets eine sichere Anlage gegen den Durchlaßkanal in der Schließstellung sichergestellt ist.
  • Um den Kontaktbereich zwischen Schließkörper und Durchlaßkanal weiter zu optimieren kann - zum Beispiel bei Ausbildung der Ventilkammer als separater Bauteil - auch dieser aus hochwertiger, hochabriebfester feuerfester Keramik der genannten Art hergestellt sein.
  • Durch eine sichere Abdichtung zum Beispiel für den Fall einer Unterbrechung des Blasvorgangs wird auch erreicht, daß oberhalb des Ventils ein geschlossener Raum entsteht, wobei die hierin aufgebaute Gassäule ein Eindringen von Metallschmelze erschwert.
  • Sollte dennoch einmal Metallschmelze eindringen, sorgt das Ventil sicher dafür, daß der Metallfluß noch im Bereich des Spülsteins gestoppt wird und die Metallschmelze danach kurzfristig einfriert.
  • Durch zusätzliche Anordnung einer Kühleinrichtung kann darüber hinaus erreicht werden, daß Metallschmelze nur in den obersten Bereichen des Durchlaßkanals eindringt und dort sofort einfriert, was den Vorteil hat, daß ein derartiger Spülstein noch einmal verwendet werden kann. An Stelle eines Spülsteinwechsels braucht nämlich nur der obere, eingefrorene Bereich ausgebohrt zu werden, und der Spülstein steht anschließend einer weiteren Verwendung zur Verfügung.
  • Die Kühleinrichtung kann auf verschiedene Art und Weise ausgebildet sein und zum Beispiel aus einer dem Durchlaßkanal unmittelbar benachbart angeordneten flüssigkeits- oder gasdurchströmbaren Kühlleitung bestehen.
  • Diese Kühlleitung kann zum Beispiel wendelförmig um den Durchlaßkanal geführt sein und ermöglicht so eine intensive Kühlung, die bei normalem Betrieb, wenn also ein Inertgas und/oder ein vorzugsweise pulverförmiger Feststoff durch den Durchlaßkanal geblasen wird, den Betrieb nicht stört, andererseits sofort für den Fall, daß Metallschmelze in den Kanal eindringt, diese zur Erstarrung bringt.
  • Dabei kann die Kühlleitung so angeordnet werden, daß sie einen geschlossenen Kreislauf bildet, in einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kühlleitung mit dem dem anschlußseitigen Ende gegenüberliegenden Abschnitt in der der Metallschmelze des metallurgischen Gefäßes zugewandten Fläche des Formkörpers mündet, daß also das hindurchgeschickte Kühlgas in die Metallschmelze geblasen wird. Diese Ausführungsform kann dazu ausgenutzt werden, zum Beispiel das Inertgas zum Spülen durch die Kühlleitung zu schicken, während die pulverförmigen Feststoffe selbst durch den Durchlaßkanal geführt werden, gegebenenfalls zusammen mit weiterem Spülgas.
  • Vorzugsweise ist die Kühlleitung als Kupferleitung ausgebildet, die aufgrund hervorragender Wärmeleitung den gewünschten Kühleffekt noch verstärkt.
  • Diese Kühlleitung kann darüber hinaus gleichzeitig zur Reststärkenanzeige genutzt werden, wobei beispielhafte Reststärkenanzeigevorrichtungen zum Beispiel in der Radex Rundschau (a.a.O.) beschrieben sind. In diesem Fall kann die elektrische Leitfähigkeit des Kupfermaterials der Leitung ausgenutzt werden, um zum Beispiel beim Eindringen von Metallschmelze einen elektrischen Kreis zu schließen oder zu unterbrechen und gleichzeitig eine entsprechende Signaleinrichtung zu betätigen.
  • Die Vorteile eines erfindungsgemäßen Formkörpers sind offensichtlich. Gasspülsteine bekannter Bauart brauchen nur geringfügig umgebaut zu werden, nämlich durch Ausbildung eines Durchlaßkanals mit dem beschriebenen Ventil. Dadurch wird weder die Form noch die Funktion konventioneller Gasspülsteine verändert. Trotzdem wird zusätzlich das Einblasen von Feststoffen ermöglicht. Es ist offensichtlich, daß die zusätzlichen Einrichtungen sowohl bei Fugenspülem, als auch Gasspülsteinen mit ungerichteter oder gerichteter Porosität vorgenommen werden können.
  • Der Spülstein wird wie ein konventioneller Gasspülstein zum Beispiel in einen Lochstein (gegebenenfalls über eine Lochsteinhülse) eingesetzt und ist dort starr angeordnet. Probleme bezüglich der mechanischen Belastung, wie sie bei Blaslanzen auftreten und oben beschrieben sind, entfallen. Der Formkörper ist insoweit keinen mechanischen Belastungen mehr ausgesetzt, was seine Lebensdauer deutlich erhöht. Weiterhin kann auf aufwendige Maßnahmen zur Errichtung eines Lanzenstandes verzichtet werden. Die insbesondere bodenseitige Einspülung von Gasen und Feststoffen vergleichmäßigt die Schmelzenbehandlung gegenüber Verfahren mittels Blaslanzen. Vor allem ist ein erfindungsgemäßer Formkörper sehr viel preiswerter als eine bekannte Lanzenanordnung.
  • Der Formkörper kann auch mit einer Durchbruchsicherung kombiniert werden, wie sie zum Beispiel in der Radex-Rundschau (a.a.O.) beschrieben ist. Nach einer weiteren Ausführungsform kann der Durchlaßkanal siphonartig ausgebildet sein. Durch das dabei ausgebildete «Knie» kommt es im anschlußseitigen Ende bei einer Reduzierung oder einem Abschalten der Gas-/Feststoffzufuhr zu einer Art Druckpolster, während im oberen, der Metallschmelze im Gefäß zugewandten Abschnitt etwaig eindringende Metallschmelze in ihrem Fluß gestoppt wird und so noch schneller einfrieren kann, insbesondere bei Anordnung einer Kühleinrichtung. Die allgemein als Siphon bezeichnete Unstetigkeitsstelle im Durchlaßkanal kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein, zum Beispiel S-förmig.
  • Beim Einblasen fester Zusatzstoffe in eine Metallschmelze wird wie folgt vorgegangen:
    • a) Zunächst wird die Inertgasleitung zugeschaltet, die Gas durch den Durchlaßkanal und/oder die Kühleinrichtung und/oder das poröse feuerfeste Material des Spülsteines drückt. Durch den Inertgasfluß durch den Durchlaßkanal wird das Rückschlagventil weggeführt, so daß der freie Querschnitt des Durchlaßkanals zur Verfügung steht.
    • b) Anschließend wird eine bestimmte Menge des pulverförmigen oder körnigen Zusatzmittels in und durch den Durchlaßkanal geblasen, gegebenenfalls in Kombination mit Inertgas.
    • c) Während des Betriebes können die Gas-und/oder Feststoffmengen durch entsprechende Regelung/Steuerung der Zuführleitungen geregelt werden.
    • d) Beispielsweise nach Abschalten der Feststoffzufuhr wird mit einer reinen Inertgasspülung weitergearbeitet, bis
    • e) schließlich auch die Inertgaszufuhr abgeschaltet wird. In diesem Moment entfaltet das Rückschlagventil wieder seine Wirkung, der Schließkörper dichtet den Durchlaßkanal ab und etwaig in den Durchlaßkanal eindringende Metallschmelze dringt bis maximal zum Rückschlagventil vor und friert dann, in der Regel sehr viel weiter vorher aufgrund der Kühlleitung, ein.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzige Zeichnung in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen feuerfesten Formkörper mit Rückschlagventil und Kühleinrichtung darstellt.
  • In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Spülstein beziffert, der im einzelnen folgende Merkmale aufweist:
    • Der Spülstein besteht aus einem üblichen feuerfesten Material, das je nach zum Beispiel Pfannentyp, Abstichtemperatur, Pfannenbehandlung, Spülzeit oder dergleichen, ausgewählt wird, hier aus einem Material auf der Basis 97 Gew.-% A1203.
  • Der Spülstein ist kegelstumpfförmig gestaltet, wobei sein oberes, schmaleres Ende 12 der Metallschmelze im Schmelzgefäß zugewandt ist und sein unteres, breiteres Ende 14 das anschlußseitige Ende bildet.
  • Der Spülstein 10 weist eine Vielzahl von Kanälen 16 auf, die im wesentlichen parallel zur Umfangsfläche 18 verlaufen und einen geringen Durchmesser (maximal ca. 1 mm) aufweisen. Das dichte Material zwischen den Kanälen 16 besteht im wesentlichen aus den genannten Korund-Qualitäten.
  • Eine Blechumkleidung 20 umfaßt einen sich um die Umfangsfläche 18 des Spülsteins 10 erstreckenden Blechmantel 22 und einen die untere Stirnfläche des Spülsteins 10 überdeckenden, kreisförmigen Boden 26, der an seinem äußeren Umfang gasdicht mit dem Blechmantel 22 verschweißt ist. Der keramische Formkörper ist über eine Mörtelschicht 28 in den Blechmantel 22 eingesetzt, und zwar so, daß zwischen der unteren Stirnfläche 24 und dem Boden 26 ein Raum 30 verbleibt, was durch zwei zueinander kreuzweise verlaufende Abstandhalter 32 erreicht wird (in der Figur ist der parallel zur Zeichenebene verlaufende Abstandhalter 32 zu erkennen). Mittig verläuft vom Boden 26 nach unten eine Anschlußleitung 34 (gasdicht angeschlossen), über die ein Inertgas wie Argon in den Druckraum 30 und dort durch die Kanäle 16 geblasen werden kann. Der Gasstrom verläuft dabei über die untere, stirnseitige Öffnung der Kanäle 16 durch die Kanäle 16 bis zum gegenüberliegenden, oberen stirnseitigen Ende 36 und von dort in die (nicht dargestellte) Metallschmelze.
  • Der Gasanschluß für die Leitung 34 wird auf bekannte Weise hergestellt.
  • Ebenso ist es selbstverständlich, daß der Spülstein 10 auf geeignete Weise im Boden oder der Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes, zum Beispiel in einem Lochstein oder über eine Lochsteinhülse eingesetzt wird.
  • Konzentrisch zur Mittenlängsachse des Spülsteins 10 ist in diesem ein Durchlaßkanal 38 angeordnet, der entweder ausgebohrt oder durch ein Metall- oder dichtes Feuerfestrohr ausgebildet sein kann.
  • Der Durchlaßkanal 38 verläuft von der oberen Stirnfläche 36 zur unteren Stirnfläche 24 und setzt sich von dort in einer Anschlußleitung 40 fort, die im ersten Teil konzentrisch zur Anschlußleitung 34 verläuft und diese anschließend gasdicht durchgreift.
  • Um den Durchlaßkanal herum verläuft wendelförmig eine Kupferleitung 43, die eine Ringleitung ausbildet mit einer Zuführleitung 42 und einer Abführleitung 44. Es ist offensichtlich, daß über die Zuführleitung 42 aufgegebene Kühlluft aufgrund der Zwangsführung wendelförmig um den Durchlaßkanal 38 bis zum oberen stirnseitigen Ende 36 des Formkörpers strömt und von dort wieder zurück zur Abführleitung 44 und aufgrund der dichten Umschließung des Durchlaßkanals 38 eine hohe Kühlwirkung bedingt.
  • Etwas oberhalb der unteren Stirnfläche 24 ist im Verlauf des Durchlaßkanals 38 ein Ventil 46 angeordnet. Dieses besteht aus einer sich beidseitig des Durchlaßkanals 38 erweiternden Kammer 48, die in der zeichnerischen Schnittdarstellung etwa eine Nierenform hat, die von einem Abschnitt unmittelbar oberhalb der Eintrittsöffnung der Durchlaßleitung 38 bei 50 seitlich nach oben versetzt in die feuerfeste Keramik hinein verläuft.
  • Innerhalb der Kammer 48 ist eine Kugel 52 angeordnet, die in der Darstellung gemäß der Zeichnung unmittelbar auf der Eintrittsöffnung des Durchlaßkanals 38 bei 50 liegt und diese abdichtet.
  • Die Ausbildung der Kammer 48 ist so, daß bei Aufgabe eines bestimmten Gasdruckes die Kugel 52 von ihrer abdichtenden Stellung bei 50 weggedrückt und entlang einer durch die Pfeildarstellung gekennzeichneten Zwangsführung außer Eingriff mit dem Durchlaßkanal 38 in die in der Figur gestrichelt dargestellte Position 54 geführt wird, wodurch der Weg des Durchlaßkanals 38 vollständig freigegeben wird.
  • Die Kammer 48 mit der Kugel 52 kann beispielsweise wie folgt eingebracht werden:
    • Bei der Herstellung des feuerfesten Formkörpers wird ein entsprechend geformter Teil aus einem verbrennbaren Material mit eingeformt, in dem wiederum die Kugel 52 angeordnet ist. Durch entsprechende Temperaturbelastung brennt das Material weg und gibt den Raum der Kammer 48 mit der Kugel 52 frei.
  • Ebenso ist es aber auch möglich, den strichpunktiert um das Ventil 46 gekennzeichneten Bereich als separaten Bauteil auszubilden (gegebenenfalls besteht dieser Bauteil 56 selbst wiederum aus zwei Hälften) und er wird zu gegebener Zeit in das entsprechend ausgebohrte oder ausgesparte Matrixmaterial des Formkörpers 10 eingesetzt (eingemörtelt).
  • Die Funktionsweise des Formkörpers ist wie folgt:
    • Zunächst kann ein normaler Gasspülvorgang initiiert werden, indem ein Inertgas über die Zuführleitung 34 in den Druckraum 30 und von dort durch die Kanäle 16 in die Metallschmelze geblasen wird.
  • Durch Zuschaltung eines ebenfalls nicht dargestellten Gasreservoirs wird dann beispielsweise Argon über die Zuführleitung 40 in den unteren Teil des Durchlaßkanals 38 geblasen, wobei der Gasstrom bei Erreichen der Kugel 52 diese aus der Verschließstellung in die in der Figur gestrichelt dargestellte obere Position wegführt, wobei der Querschnitt des Durchlaßkanals 38 freigegeben wird. Danach strömt das Gas weiter durch den Kanal 38 in die Metallschmelze. Gleichzeitig oder vorzugsweise etwas zeitlich verschoben wird ein pulverförmig oder körnig aufbereiteter Zusatzstoff, wie Kalk oder dergleichen, in die Zuführleitung 40 geblasen und auf gleiche Weise durch den Kanal 38 in die Schmelze geführt.
  • Bei Unterschreiten einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kanal 38 geführten Feststoffes oder Gases fällt die Kugel 52 in ihre Schließstellung bei 50 wieder zurück und dichtet damit den Kanal 38 nach unten ab.
  • Etwaig in den Kanal 38 eindringende Metallschmelze wird also spätestens hier gestoppt und friert ein.
  • Aufgrund der Anordnung der Kühlleitung 43 kann erreicht werden, daß etwaig eindringende Metallschmelze schon sehr viel früher, nämlich im Bereich der oberen Stirnfläche 36 erstarrt und so weiteres Eindringen von Metallschmelze verhindert wird.
  • Die Kupferleitung 43 bietet darüber hinaus eine Sicherheitsfunktion, sollte nämlich der obere Bereich 12 des Spülsteins bis zu einer bestimmten Tiefe erodiert sein, so erreicht die Metallschmelze die Kupferleitung 43 und schmilzt diese auf; gleichzeitig sinkt der Druck in den Leitungen 42, 44, was durch eine entsprechende Anzeigevorichtung registriert werden kann.
  • Es ist dann Zeit, den Spüstein zu wechseln.
  • Ebenso kann aber auch die metallische Leitfähigkeit des Kupfermaterials zum Anschluß entsprechender Reststärkeanzeigevorrichtungen genutzt werden, wie sie beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften 3 424 466 oder 3 503 221 beschrieben sind.

Claims (15)

1. Feuerfester keramischer Formkörper mit mindestens einem Durchlaßkanal (38) zur Durchführung von Gas und/oder Feststoff in die Metallschmelze eines metallurgischen Gefäßes, wobei der Durchlaßkanal (38) mit einem offenen Ende in einer der Metallschmelze zugewandten Fläche (36) des Formkörpers (10) mündet und an seinem gegenüberliegenden Ende an eine Gas- und/oder Feststoffleitung (40) anschließbar ist und im Durchlaßkanal (38) ein Ventil (46) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (46) einen, den Durchlaßkanal (38) in der Ausgangsstellung (ohne Gas-Feststoffdurchleitung) abdichtenden Schließkörper (52) umfaßt, der bei Erreichen eines vorgebbaren Gas-und/oder Feststoffstromes aus seiner abdichtenden Stellung wegführbar ist und den Durchlaßkanal (38) freigibt.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (52) eine Kugel ist, die entlang einer Bewegungsstrecke aus dem Durchlaßkanal (38) führbar ist.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als separater Bauteil im Formkörper angeordnet ist.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (52) und/oder das Ventil (46) aus einem hoch abriebfesten, feuerfesten keramischen Material, zum Beispiel Zr02 oder Ti02 besteht.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßkanal (38) von seinem anschlußseitigen Ende bis zu seinem gegenüberliegenden, offenen Ende den Formkörper (10) durchläuft.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßkanal (38) einen Durchmesser zwischen 2 und 10 mm vorzugsweise zwischen 4 und 6 mm aufweist.
7. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Durchlaßkanal (38) umgebende Teil als konventioneller Gasspülstein gestaltet ist.
8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßkanal (38) durch eine Kühleinrichtung (43) zumindest an seinem, dem metallurgischen Schmelzgefäß zugewandten Ende kühlbar ist.
9. Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung aus einer dem Durchlaßkanal (38) unmittelbar benachbart angeordneten flüssigkeits- oder gasdurchströmbaren Kühlleitung (43) besteht.
10. Formkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (43) mit dem dem anschlußeitigen Ende gegenüberliegenden Abschnitt in der Fläche (36) des Formkörpers (10) mündet.
11. Formkörper nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (43) den Durchlaßkanal (38) wendelförmig umgreift.
12. Formkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (43) eine Kupferleitung ist.
13. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Durchbruchsicherung und/oder Reststärkenanzeigevorrichtung.
14. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßkanal (38) siphonartig ausgebildet ist.
15. Verfahren zum Einblasen von festen, pulverförmigen oder körnigen Zusatzstoffen in eine Metallschmelze über einen Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit folgenden Schritten:
a) Einblasen eines Inertgas- und/oder Feststoffstromes in den Durchlaßkanal (38) und hierdurch bedingtes Öffnen des Ventils (46),
b) Durchblasen mindestens eines Zusatzmittels durch den Durchlaßkanal (38), vorzugsweise mit Unterstützung eines Inertgasstromes,
c) gegebenenfalls anschließend Abschalten des Zusatzmittelstromes und weitere reine Inertgasspülung,
d) Abschalten der Inertgas- und/oder Feststoffzufuhr bis zur Schließung des Ventils (46).
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