EP0894033B1 - Gasspülboden für metallurgische gefässe - Google Patents

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EP0894033B1
EP0894033B1 EP97902266A EP97902266A EP0894033B1 EP 0894033 B1 EP0894033 B1 EP 0894033B1 EP 97902266 A EP97902266 A EP 97902266A EP 97902266 A EP97902266 A EP 97902266A EP 0894033 B1 EP0894033 B1 EP 0894033B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
bottom according
gas purging
channels
purging bottom
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97902266A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0894033A1 (de
Inventor
Manfred Slamenik
Franz Reiterer
Walter Hammerer
Karl-Heinz Dott
Klaus DÖSINGER
Michael Heiligenbrunner
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.)
DR. MARKUS *FELLNER
Original Assignee
Veitsch Radex GmbH and Co OG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veitsch Radex GmbH and Co OG filed Critical Veitsch Radex GmbH and Co OG
Priority to SI9730061T priority Critical patent/SI0894033T1/xx
Publication of EP0894033A1 publication Critical patent/EP0894033A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0894033B1 publication Critical patent/EP0894033B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/48—Bottoms or tuyéres of converters
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ

Definitions

  • the invention relates to a gas purging tray for metallurgical Vessels, especially for steel making.
  • Gas purging stones in the form of discrete ones are known Gas purging elements. These are in the wall or the floor of a metallurgical vessel (pan, tundish, converter, Evacuation vessel etc.) installed. There are various Designs: with directional or non-directional porosity (for Example EP 0 521 371 B1), so-called slot and joint washer, so-called labyrinth washer (for example DE 37 27 938 C1) etc.
  • gas purging devices belong to the prior art integral part of a floor or wall of a metallurgical vessel.
  • the invention develops the basic idea of the above mentioned prior art (training a Gas purging device as an integral part of a refractory Lining of a metallurgical vessel) and offers a gas purging tray for metallurgical vessels with directed Porosity to within a part or all Refractory lining of the vessel is formed.
  • the directed porosity in the form of channels, slits or the like
  • the invention relates a gas purging tray for metallurgical vessels with a monolithic refractory ceramic lining in which by chemical or physical processes channels are formed the end associated with an adjacent vessel wall for direct or indirect fluidic Connection with a gas supply line are formed and its other end in the corresponding top layer of the refractory ceramic lining leak.
  • channel is in its most general meaning too understand that with regard to its geometry Is subject to restrictions, including pipe-like, slot-like, ring channel-like, network-like or step-like trained channels includes.
  • the channels can be caused by chemical or physical processes be formed. Above all, this includes: melting out or burning out corresponding deposits (with a Channel shape corresponding form) from corresponding Materials, but also, for example, the formation of the channels through laser technology (laser cutting).
  • the inserts can be made of fibrous, tubular, plate-like, net-like or step-like elements consist of that in a refractory ceramic mass during or can be mixed or inserted after their production.
  • the distribution of deposits can be regular or irregular done within the ceramic mass. It can - via the Cross section of a complete floor of a metallurgical Considered vessel - also zones with different Training or distribution of gas channels can be created. So can, for example, a larger number of rinsing channels in the middle be provided as in the edge region of the floor.
  • the ceramic lining can consist of standard varieties and be gas-tight since the gas permeability through the channels is achieved within the feed. This promotes good Durability of the floor.
  • the fluidic connection of the gas supply line with the Channels can be done in different ways:
  • the gas supply line can be connected directly to the inlet end of the channels are coupled.
  • Such Form is used, for example, when the channels of run from a common connection area.
  • Such Connection is shown schematically in section in Figure la.
  • the gas supply line can be led as a gas-tight supply line up to the upper edge of any permanent feed of the metallurgical vessel. However, it can, for example, also be connected directly to the metal jacket of the vessel or a coupling part arranged on the bottom, for example screwed on. The gas is then passed on, for example, through corresponding lines in the permanent feed to the channels of the monolithic floor feed.
  • Gas distribution element can be arranged as schematically in Section shown in Figures lc to le.
  • This distribution organ can - like the channels - for Example by chemical and / or thermal reaction (Decomposition / melting) of a corresponding insert are (Fig. 1c). But it can also consist of one Material, for example metal (Fig. 1d).
  • the insert consists of paper, cardboard, plastic or the like so after burning out the insert (where the term burnout for any kind of removal of the insert stands) a direct fluidic connection to the Reach gas supply.
  • burnout for any kind of removal of the insert stands
  • a direct fluidic connection to the Reach gas supply.
  • the insert can also be broken, so that the refractory matrix material first penetrates and later (after the insert burned out) a labyrinthine Structure of the rinsing channel or channels arises.
  • Flushing slots simultaneously function as expansion joints within of the monolithic refractory component, and thus one helpful additional function.
  • the insert is aligned vertically with refractory material poured over the entire height.
  • the hatched Sections G1, G2, ... Gn shown consist of a burn-out plastic, the intermediate sections are recesses in the insert, which are correspondingly fireproof Mass are filled out.
  • the bottom fields G1 are on rail-like end S of a gas supply line L is attached, those after the hatched fields G1, G2 ... Gn one burned out continuous gas flow from the end of the gas supply line over the Sections G1, G2, ... Gn creates in the molten metal, whereby the gas, for example, fields G1.2, G2.3, G3.2 and Gn.3 flowed through in succession.
  • Connecting sections V create Remove the insert a fluidic connection between adjacent sections (e.g.
  • connection area of the gas supply line and channels can be on or in the refractory lining. He can also on metallic outer jacket of the metallurgical vessel are formed, as schematically in Figures lc, d shown.
  • the channels can be connected to the gas supply line by Means (adapter) for fastening the insert (s) to the Gas supply line are supported.
  • Figures 3 and 4 show examples of this.
  • the gas supply line including the aforementioned adapter
  • connectable insert (s) are no further parts for the Formation of the purge gas line or purge gas channels necessary.
  • the production is simplified. this applies especially for gas purging devices where the refractory ceramic matrix material on or around the the aforementioned parts is cast.
  • the Gas supply line if necessary, the adapter
  • the inlays are mixed with (in) the mass (distributed) and to a floor or wall (if necessary a floor or wall segment) as well as then in the metal jacket of the metallurgical vessel used and the deposits (or already trained channels) connected to the gas supply.
  • the adapter mentioned can be an integral part of the be the gas outlet end of the gas supply line. He can for example from an external thread or a Bayonet lock exist, the body accordingly this end (the adapter) is screwed on or pushed on.
  • the adapter can also be an independent component, which on the gas outlet end of the gas supply line itself screwed (clamped) or welded to it.
  • the adapter in turn has anchoring means of the aforementioned kind for the body.
  • the adapter is larger than the gas supply line Have flow cross-section (for the treatment gas).
  • the adapter with multiple gas outlet openings to train.
  • the body then becomes corresponding with a number be formed by webs, each in the mounting position are assigned to a gas outlet opening. After the burnout become a multitude of individual gas channels, immediately starting from the adapter.
  • the shape of the body (the insoles) is - as stated - almost any.
  • the bodies can have a plate shape, a Surface shape, a net shape, a cylindrical shape, a cuboid shape, a cone shape or similar three-dimensional geometry exhibit.
  • the body sections can be interconnected be to make the assembly easier. Most of all will the body at its junction with the adapter preferably be in one piece in order to be easy to assemble enable.
  • the description of Figures 3 and 4 gives more Notes on this.
  • connection of one end of the Body with the adapter to get to Example after the burnout an immediate fluidic connection from the gas supply line into the then create exposed irrigation channels.
  • the insert (the body) can ensure melt with the (dense) refractory casing at its free end section tower over.
  • the body then stands in front of a sink (in front of the Burnout, or before pulling out) inside the metallurgical vessel.
  • a burnable body will Heating the refractory lining or when Filling the metal melt destroyed in terms of function.
  • a Coverage of the device (the body, or if necessary of the entire sink) with porous refractory mass possible.
  • floor When designing as part of a fireproof floor (The term floor according to the invention also means walls and parts or combinations of floors and walls) can be the described gas purging device after wear of the Replace or repair refractory material.
  • the refractory mass is broken out to the adapter and then put on a new body and with Refilled and / or coated refractory material. Gas purging line and Adapters are therefore reusable, only the insert and the worn refractory material will be replaced.
  • the design enables - as stated - the manufacture a gas purging tray as a prefabricated component.
  • the worn floor including flushing device
  • a new floor including flushing device
  • Edge-side positive locking elements facilitate the Connection to neighboring components.
  • Coupling parts on the Vessel bottom side of the prefabricated component facilitate the Adjustment of the floor during installation.
  • the precast idea leaves up to complete refractory linings (wall and floor) for metallurgical melting vessels.
  • the deposits can have a very small cross-sectional area be trained to avoid the risk of a To minimize molten metal infiltration.
  • the channel width / the Channel diameter should be maximum (when the sink is cold) 0.5 mm.
  • FIG. 1a shows a gas supply line 22 in its free end corresponding end of a body 28 made of plastic is inserted, which is similar to a candlestick opposite end in the form of numerous thin arms 32 branches.
  • the gas supply line 22 runs through the metallic shell 12 of a pan as well as a permanent lining 14 made of refractory ceramic stones. Thread-like webs 32 made of plastic are so in the monolithic pan bottom 20 arranged that they each have one end in the open end the line 22 protrude and with its other end into the Run 20 top of feed 20. After burnout a Channel network in the refractory lining corresponding to the web course 20, which connects directly to line 22.
  • the free end is the Gas supply line 22 in a bore 40 of the metal jacket 12 screwed in.
  • the floor 20 here is purely monolithic (without wall-side permanent lining) by pouring over a burn-out Body 28 formed with refractory mass.
  • the body 28 consists of a plate-like base part 28b and octopus-like of which thin arms 32 projecting laterally and upwards, the after burnout, a gas distribution chamber in the area of the base part 28b and form rinsing channels in the area of the arms 32.
  • the gas flow takes place accordingly from line 22 via the Gas distribution chamber and the channels in the melt.
  • the Body 28b lies centrally in the lining 20.
  • Thread-like arms 32 Plastic (integral with body 28b) extends from Body 28b to the top 20o of the lining (bottom) 20.
  • the Coupling part 50 fulfills two functions: it serves as Adjustment aid when inserting the bottom into a melting vessel to For example, a pan or a distributor if it goes through a corresponding opening 40 in the metal jacket of the vessel to be led. It also serves to connect the gas supply line (here: via a bayonet lock). After burning out the Body 28b (including the arms) is supplied with gas via the line 22, the coupling part 50 and by the Body and arms exposed areas in the Molten metal.
  • Fig. 3 shows a partial section of a cast steel ladle 10 with an outer metal armor 12, one arranged in front of it refractory lining 14 and an inner refractory monolithic lining 16 in the wall and floor areas 18, 20.
  • the steel armor 12 and the permanent lining 14 extend a metallic gas supply line 22 in the bottom Floor area 20 above the permanent feed 14 with the help a sleeve 24 is sealed to the outside.
  • the gas supply line is spiral and is gas-tight at its free end 22e metallic adapter 26, the quasi part of the Gas supply line 22 is.
  • the adapter 26 runs essentially perpendicular to the bottom-side permanent lining 14 and has a cylindrical shape.
  • a body 28 is on the upper free end of the adapter 26 (Fig. 4), which is constructed as follows:
  • the body 28 has an axially extending sleeve on the bottom 30, whose internal cross section is equal to or slightly larger than the outer cross section of the free end of the adapter 26 is so that the body 28 via the sleeve 30 with a positive fit on the Adapter 26 can be placed.
  • the sleeve 30 is at the top closed and radially extending from its upper end portion a plurality of webs 32, which merge into an annular web 34, to which there is a hollow cylindrical part 36 connects.
  • the body 28 is made as an injection molded part and thus one-piece.
  • FIG. 3 shows, lies on the refractory lining 14 a monolithic refractory liner 16 that covers the above of the continuous feed 14 extending area of the gas supply line 22, the adapter 26 and the body 28 (with the exception of its upper free end section) on all sides.
  • the fireproof So mass runs both within the hollow cylindrical Part 36 of the body 28 and in the area between the webs 32, 34 or around the aforementioned components.
  • the gas purging device consisting of Gas supply line 22, adapter 26 and body 28 is in the scope of Components described above on all sides in the Fireproof monolithic floor lining integrated.
  • the size of the body 28 or the cross sections its components are dependent on the respective Conditions of use and the desired amount of supplied gas adjusted.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gasspülboden für metallurgische Gefäße, insbesondere für die Stahlherstellung.
Im Bereich der Metallurgie gibt es zahlreiche Systeme, Gase (gegebenenfalls in Kombination mit pulverförmigen Feststoffen) in Metallschmelzen einzubringen.
Bekannt sind sogenannte Gasspülsteine in Form diskreter Gasspülelemente. Diese werden in die Wand oder den Boden eines metallurgischen Gefäßes (Pfanne, tundish, Konverter, Evakuierungsgefäß etc.) eingebaut. Es gibt verschiedenste Bauformen: mit gerichteter oder ungerichteter Porosität ( zum Beispiel EP 0 521 371 B1), sogenannte Schlitz- und Fugenspüler, sogenannte Labyrinthspüler (zum Beispiel DE 37 27 938 C1) etc.
Weiter gehören Gasspüleinrichtungen zum Stand der Technik, die integraler Bestandteil eines Bodens oder einer Wand eines metallurgischen Gefäßes sind.
Gemäß der AT 398 632 B werden im Bereich der Gasaustrittsöffnung einer bodenseitigen Gasverteilkammer stabförmige Körper in die feuerfeste Herdbaumasse eingebettet, die aus porösem Material oder aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungsverhalten unterschiedlich zur Herdbaumasse ist, so daß im Betrieb (bei entsprechender Erwärmung) "Dehnungsrisse" beziehungsweise "Schlitze" entstehen, entlang der das Gas strömen kann. Nachteilig ist eine nur schwer steuerbare Gasflußmenge.
Eine Art Gasspülboden beschreibt auch die DE 37 42 861 C1, gemäß der Gas durch eine poröse Feuerfestauskleidung geführt wird. Auch hier ist die Steuerung des Gasdurchflusses entlang des Bodens mit ungerichteter Porosität allenfalls empirisch möglich.
Die Erfindung entwickelt den Grundgedanken des vorstehend genannten Standes der Technik (Ausbildung einer Gasspüleinrichtung als integraler Bestandteil einer feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Gefäßes) weiter und bietet einen Gasspülboden für metallurgische Gefäße mit gerichteter Porosität an, der innerhalb eines Teils oder der gesamten Feuerfest-Auskleidung des Gefäßes ausgebildet wird. Die gerichtete Porosität (in Form von Kanälen, Schlitzen oder dergleichen) soll vorzugsweise in-situ in der Feuerfest-Auskleidung ausgebildet werden und gleichzeitig in strömungstechnischer Verbindung zu einer Gaszuführleitung stehen, um so gezielt und reproduzierbar eine steuerbare Gasmenge über eine gezielt einstellbare Fläche mit einem exakt vorbestimmbaren Druck in eine Metallschmelze einbringen zu können.
Damit lassen sich folgende Abwandlungen und neuen Möglichkeiten gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik schaffen:
  • Der Boden oder die Wand des metallurgischen Gefäßes können in-situ (extern oder vor Ort) mit einer Gasspüleinrichtung ausgebildet werden.
  • Art und Größe der Gasspüleinrichtung können nahezu beliebig variiert werden.
  • Die Fläche, über die Gas in die Metallschmelze eingedüst wird, läßt sich ebenso einstellen wie die Menge des Gases.
  • Die feuerfeste Auskleidung läßt sich inclusive der Gasspüleinrichtung ganz oder teilweise als Fertigbauteil(e) vorkonfektionieren.
  • Die Art der gerichteten Porosität (Schlitze, Zylinder etc.) ist beliebig einstellbar.
  • Bei Verschleiß ist eine partielle Reparatur möglich.
  • Eine Gasverteilkammer kann als Bestandteil der Feuerfest-Auskleidung oder außerhalb (zum Beispiel als Bestandteil des metallischen Mantels eines metallurgischen Gefäßes) ausgebildet werden.
  • Durch eine spezielle Geometrie der im Feuerfest-Material ausgeformten Spülbereiche kann ein konstanter Spülquerschnitt auch bei fortgeschrittener Erosion des Feuerfestmaterials erreicht werden.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Gasspülboden für metallurgische Gefäße mit einem monolithischen feuerfesten keramischen Futter, in dem durch chemische oder physikalische Vorgänge Kanäle ausgebildet sind, die an ihrem, einer benachbarten Gefäßwand zugeordneten Ende zur unmittelbaren oder mittelbaren strömungstechnischen Verbindung mit einer Gaszuführleitung ausgebildet sind und an ihrem anderen Ende in der korrespondierenden Deckschicht des feuerfesten keramischen Futters auslaufen.
Dabei ist der Begiff Kanal in seiner allgemeinsten Bedeutung zu verstehen, der hinsichtlich seiner Geometrie keinen Beschränkungen unterliegt, also unter anderem rohrartige, schlitzartige, ringkanalartige, netzartige oder stufenartig ausgebildete Kanäle umfaßt.
Die Kanäle können durch chemische oder physikalische Vorgänge gebildet werden. Hierzu gehören vor allem: das Ausschmelzen oder Ausbrennen von entsprechenden Einlagen (mit einer dem Kanalverlauf entsprechenden Form) aus entsprechenden Materialien, aber beispielsweise auch die Bildung der Kanäle durch Lasertechnik (Laserschneiden).
Die Einlagen können entsprechend aus faserartigen, rohrartigen, plattenartigen, netzartigen oder stufenartigen Elementen bestehen, die in eine feuerfeste keramische Masse während oder nach deren Herstellung eingemischt oder eingelegt werden.
Die Verteilung der Einlagen kann regelmäßig oder unregelmäßig innerhalb der keramischen Masse erfolgen. Es können - über den Querschnitt eines kompletten Bodens eines metallurgischen Gefäßes betrachtet - auch Zonen mit unterschiedlicher Ausbildung oder Verteilung der Gaskanäle erstellt werden. So kann beispielsweise mittig eine größere Anzahl an Spülkanälen vorgesehen werden als im Randbereich des Bodens.
Das keramische Futter kann aus Standard-Sorten bestehen und gasdicht sein, da die Gasdurchlässigkeit über die Kanäle innerhalb des Futters erreicht wird. Dies fördert eine gute Haltbarkeit des Bodens.
Die strömungstechnische Verbindung der Gaszuführleitung mit den Kanälen kann auf verschiedene Weise erfolgen:
Die Gaszuführleitung kann direkt (unmittelbar) an das einlaßseitige Ende der Kanäle angekoppelt werden. Eine solche Form kommt zum Beispiel dann zur Anwendung, wenn die Kanäle von einem gemeinsamen Anschlußbereich aus verlaufen. Eine solche Verbindung ist in Figur la schematisch im Schnitt dargestellt.
Die Gaszuführleitung kann als gasdichte Zuleitung bis zur Oberkante eines etwaigen Dauerfutters des metallurgischen Gefäßes geführt werden. Sie kann aber beispielsweise auch unmittelbar am Metallmantel des Gefäßes oder ein am Boden angeordnetes Kupplungsteil angeschlossen, zum Beispiel aufgeschraubt werden. Die Weiterleitung des Gases erfolgt dann zum Beispiel durch entsprechende Leitungen im Dauerfutter zu den Kanälen des monolithischen Bodenfutters.
Diese und weitere Anschlußmöglichkeiten zeigen die Figuren 1b bis le.
Zwischen dem gasauslaßseitigen Ende der Gaszuführleitung und korrespondierenden gaseinlaßseitigen Enden der Kanäle kann ein Gasverteilungsorgan angeordnet werden, wie schematisch im Schnitt in Figuren lc bis le dargestellt.
Auch dieses Verteilungsorgan kann - wie die Kanäle - zum Beispiel durch chemische und/oder thermische Reaktion (Zersetzen/Aufschmelzen) einer entsprechenden Einlage gebildet werden (Fig. 1c). Es kann aber auch aus einem beständigen Werkstoff, beispielsweise Metall bestehen (Fig. 1d).
Besteht die Einlage zum Beispiel aus Papier, Pappe, Kunststoff oder dergleichen so kann man nach Ausbrand der Einlage (wobei der Begriff Ausbrand für jede Art der Entfernung der Einlage steht) eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung zur Gaszuführung erreichen. Damit entfällt die Notwendigkeit, separate Gasverteilkammern anzuordnen, wenngleich dies möglich ist (Fig. lc bis le). Die Einlage kann auch durchbrochen sein, so daß das feuerfeste Matrixmaterial zunächst hindurchdringt und später (nach Ausbrand der Einlage) eine labyrinthartige Struktur des oder der Spülkanäle entsteht.
Selbstverständlich lassen sich auch Gasspülböden nach Art von "Schlitzspülern" auf die beschriebene Art und Weise ausbilden.
Vor allem bei dieser schlitzartigen Kanalgeometrie erfüllen die Spülschlitze gleichzeitig die Funktion von Dehnfugen innerhalb des monolithischen Feuerfest-Bauteils, und damit eine hilfreiche Zusatzfunktion.
Durch eine gelochte, perforierte, schachbrettartige oder stufenartige Ausbildung der entsprechenden Einlagen (mit entsprechenden Durchbrechungen) -wie in Figur 2 schematisch als Aufsicht dargestellt - läßt sich folgendes erreichen:
Die Einlage wird -senkrecht ausgerichtet- mit feuerfester Masse umgossen, und zwar über die gesamte Höhe. Die schraffiert dargestellten Abschnitte G1, G2, ... Gn bestehen aus einem ausbrennbaren Kunststoff, die dazwischenliegenden Abschnitte sind Ausnehmungen der Einlage, die entsprechend mit feuerfester Masse ausgefüllt sind. Die bodenseitigen Felder G1 sind auf ein schienenartiges Ende S einer Gaszuführleitung L aufgesteckt, die nach Ausbrand der schraffierten Felder G1, G2... Gn eine durchgehende Gasströmung vom Ende der Gaszuführleitung über die Abschnitte G1, G2, ... Gn in die Metallschmelze schafft, wobei das Gas beispielsweise die Felder G1.2, G2.3, G3.2 und Gn.3 nacheinander durchströmt. Verbindungsabschnitte V schaffen nach Entfernen der Einlage eine strömungstechnische Verbindung zwischen benachbarten Abschnitten (zum Beispiel G1.2-G2.3; G2.3-G3.2 etc.) Die Querschnittsfläche am gasauslaßseitigen Ende ist durch die Abschnitte Gn.1 + Gn.2 + Gn.3 bestimmt. Ist der Spülboden bis zur Felderreihe G3 verschlissen, steht unverändert über die Felder G2.1 bis G2.3 eine der Felderreihe Gn entsprechende Querschnittsfläche für den Gasaustritt zur Verfügung.
Es ist offensichtlich, daß dasgleiche Ergebnis auch mit abgewandelten geometrischen Formen der Einlage(n) erreicht werden kann, beispielsweise einem treppenartigen Verlauf der Felder/Ausnehmungen.
Der Verbindungsbereich von Gaszuführleitung und Kanälen kann am oder im feuerfesten Futter erfolgen. Er kann auch am metallischen Außenmantel des metallurgischen Gefäßes ausgebildet werden, wie schematisch in Figuren lc,d dargestellt.
Der Anschluß der Kanäle an die Gaszuführleitung kann durch Mittel (Adapter) zur Befestigung der Einlage(n) an der Gaszuführleitung unterstützt werden. Die Figuren 3 und 4 zeigen hierzu Beispiele.
Außer der Gaszuführleitung (gegebenenfalls einschließlich des vorgenannten Adapters) und der gegebenenfalls daran anschließbaren Einlage(n) sind keine weiteren Teile für die Ausbildung der Spülgasleitung beziehungsweise Spülgaskanäle notwendig. Die Herstellung wird so vereinfacht. Dies gilt insbesondere für Gasspüleinrichtungen, bei denen das feuerfeste keramische Matrixmaterial auf beziehungsweise um die vorgenannten Teile gegossen wird. Dazu werden die Gaszuführleitung (gegebenenfalls der Adapter) und die Einlage(n) positioniert und anschließend mit Masse umgossen. Alternativ werden die Einlagen mit (in) der Masse vermischt (verteilt) und zu einem Boden oder einer Wand (gegebenenfalls einem Boden- oder Wandsegment) konfektioniert sowie anschließend in den Metallmantel des metallurgischen Gefäßes eingesetzt und die Einlagen (beziehungsweise bereits ausgebildeten Kanäle) an die Gaszuführung angeschlossen.
Der genannte Adapter kann integraler Bestandteil des gasauslaßseitigen Endes der Gaszuführleitung sein. Er kann beispielsweise aus einem Außengewinde oder einem Bajonettverschluß bestehen, wobei der Körper entsprechend auf dieses Ende (den Adapter) aufgeschraubt oder aufgeschoben wird.
Der Adapter kann auch ein eigenständiges Bauteil sein, welches auf das gasauslaßseitige Ende der Gaszuführleitung selbst aufgeschraubt (aufgeklemmt) oder mit diesem verschweißt wird. In diesem Fall besitzt der Adapter wiederum Verankerungsmittel der vorstehend genannten Art für den Körper.
Insbesondere bei der Ausbildung als eigenständiges Bauteil kann. der Adapter einen gegenüber des Gaszuführleitung vergrößerten Strömungsquerschnitt (für das Behandlungsgas) aufweisen. Ebenso ist es möglich, den Adapter mit mehreren Gasauslaßöffnungen auszubilden. Entsprechend wird der Körper dann mit einer Anzahl von Stegen ausgebildet sein, die in der Montageposition jeweils einer Gasauslaßöffnung zugeordnet sind. Nach dem Ausbrand werden so eine Vielzahl von einzelnen Gaskanälen, unmittelbar ausgehend vom Adapter, bereitgestellt.
Die Form der Körper (der Einlagen) ist - wie ausgeführt - nahezu beliebig. Die Körper können eine Plattenform, eine Flächenform, eine Netzform, eine Zylinderform, eine Quaderform, eine Kegelform oder ähnliche dreidimensionale Geometrien aufweisen. Die Körperabschnitte können untereinander verbunden sein, um die Konfektionierung zu erleichtern. Vor allem wird der Körper an seiner Verbindungsstelle mit dem Adapter bevorzugt einteilig sein, um eine einfache Montage zu ermöglichen. Die Beschreibung der Figuren 3 und 4 gibt weitere Hinweise hierzu.
Ausgehend von einem solchen Bodenteil können mehrere, beispielsweise radial angeordnete Stege verlaufen, die sich beabstandet zueinander oder vernetzt durch die feuerfeste Ummantelung erstrecken.
In jedem Fall bleibt jedoch die Verbindung eines Endes des Körpers mit dem Adapter (der Gaszuführleitung) erhalten, um zum Beispiel nach dem Ausbrand eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung von der Gaszuführleitung in die dann freigelegten Spülkanäle zu schaffen.
Um die Herstellung zu vereinfachen und die Gaszuführung in die Schmelze sicherzustellen kann die Einlage (der Körper) mit ihrem freien Endabschnitt die (dichte) feuerfeste Ummantelung überragen. Bei einem Spülboden steht der Körper dann (vor dem Ausbrand, oder vor dem Herausziehen) in das Innere des metallurgischen Gefäßes vor. Ein ausbrennbarer Körper wird beim Aufheizen der feuerfesten Auskleidung beziehungsweise beim Einfüllen der Metallschmelze funktionsgemäß zerstört. Eine Überdeckung der Einrichtung (des Körpers, oder gegebenenfalls auch des gesamten Spülbodens) mit poröser feuerfester Masse ist möglich.
Bei der Gestaltung als Bestandteil eines feuerfesten Bodens (wobei der Begriff Boden erfindungsgemäß auch Wände sowie Teile oder Kombinationen von Böden und Wänden einschließt) läßt sich die beschriebene Gasspüleinrichtung nach Verschleiß des Feuerfestmaterials ersetzen beziehungsweise reparieren. Zum Beispiel wird die feuerfeste Masse bis zum Adapter ausgebrochen und anschließend ein neuer Körper aufgesetzt und mit Feuerfestmaterial umgossen und/oder umhüllt. Gasspülleitung und Adapter sind somit wiederverwendbar, lediglich die Einlage und das verschlissene Feuerfestmaterial werden ersetzt.
Die Gestaltung ermöglicht - wie ausgeführt - die Herstellung eines Gasspülbodens als Fertigbauteil. Im Stahlwerk kann der verschlissene Boden (inclusive Spüleinrichtung) komplett gegen einen neuen Boden (inclusive Spüleinrichtung) ausgetauscht werden. Randseitige Formschlußelemente erleichtern die Verbindung zu benachbarten Bauteilen. Kupplungsteile an der dem Gefäßboden zugewandten Seite des Fertigbauteils erleichtern die Justierung des Bodens beim Einbau. Der Fertigteilgedanke läßt sich bis zu kompletten Feuerfestauskleidungen (Wand und Boden) für metallurgische Schmelzgefäße erweitern.
Die Einlagen können mit sehr geringer Querschnittsfläche ausgebildet werden, um die Gefahr einer Metallschmelzeinfiltration zu minimieren. Die Kanalbreite/der Kanaldurchmesser sollte (im Kaltzustand des Spülbodens) maximal 0,5 mm betragen.
Durch die mögliche großflächige Verteilung der Gasspülkanäle (bis über die gesamte Grundfläche eines Bodens) wird ein sehr günstiges Verschleißverhalten eines solchen Spülbodens und ein positiver metallurgischer Effekt erreicht.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die vorstehend erwähnten Figuren, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, werden nachstehend ergänzend beschrieben.
Fig.1a zeigt eine Gaszuführleitung 22 in deren freies Ende ein korrespondierendes Ende eines Körpers 28 aus Kunststoff eingesteckt ist, der sich ähnlich wie ein Kerzenleuchter zum gegenüberlegenden Ende hin in Form zahlreiches dünner Arme 32 verzweigt. Nach Umgießen des Körpers 28 (mit Ausnahme der freien Enden der Arme 32, aber einschließlich des Endbereiches 22e der Gaszuführleitung 22) mit einer feuerfesten Masse 20 und Ausbrand des Körpers 28 entsteht in der feuerfesten Auskleidung ein entsprechendes Kanalnetz, entlang dem das Gas von der Zuführleitung 22 in eine Metallschmelze eingedüst wird.
Bei Fig. 1b verläuft die Gaszuführleitung 22 durch den metallischen Mantel 12 einer Pfanne sowie durch ein Dauerfutter 14 aus feuerfesten keramischen Steinen. Fadenartige Stege 32 aus Kunststoff sind im monolithischen Pfannenboden 20 so angeordnet, daß sie jeweils mit einem Ende in das offene Ende der Leitung 22 ragen und mit ihrem anderen Ende bis in die Oberseite 20o des Futters 20 laufen. Nach Ausbrand entsteht ein dem Stegverlauf entsprechendes Kanalnetz im feuerfesten Futter 20, welches unmittelbar an die Leitung 22 anschließt.
Beim Beispiel nach Fig. 1c ist das freie Ende der Gaszuführleitung 22 in einer Bohrung 40 des Metallmantels 12 eingeschraubt. Der Boden 20 ist hier rein monolithisch (ohne wandseitiges Dauerfutter) durch Übergießen eines ausbrennbaren Körpers 28 mit feuerfester Masse gebildet. Der Körper 28 besteht aus einem plattenartigen Basisteil 28b und krakenartig davon seitlich und nach oben abstehenden dünnen Armen 32, die nach Ausbrand eine Gasverteilkammer im Bereich des Basisteils 28b und Spülkanäle im Bereich der Arme 32 bilden. Der Gasfluß erfolgt entsprechend von der Leitung 22 über die Gasverteilkammer und die Kanäle in die Schmelze.
Beim Beispiel nach Fig. ld ist eine metallische Gasverteilkammer 42 außenseitig auf den Metallmantel 12 aufgesetzt, der in diesem Bereich Durchbrechungen 40 aufweist, an die sich Kanäle anschließen, die nach Ausbrand entsprechender Papierstege 32 im Feuerfestmaterial des Bodens 20 entstanden sind.
Bei der Ausführungsform nach Figur le ragt ein metallischer rohrförmiger Kupplungsteil 50 in das monolithische Futter 20 und ein kleines Stück in einen Kunststoffkörper 28b hinein. Der Körper 28b liegt mittig im Futter 20. Fadenförmige Arme 32 aus Kunststoff (einteilig mit dem Körper 28b) erstrecken sich vom Körper 28b bis zur Oberseite 20o des Futters (Bodens) 20. Der Kupplungsteil 50 erfüllt zwei Funktionen: er dient als Justierhilfe beim Einsetzen des Bodens in ein Schmelzgefäß, zum Beispiel eine Pfanne oder einen Verteiler, wenn er durch eine korrespondierende Öffnung 40 im Metallmantel des Gefäßes geführt wird. Er dient auch zum Anschluß der Gaszuführleitung (hier: über einen Bayonettverschluß). Nach Ausbrennen des Körpers 28b (einschließlich der Arme) erfolgt die Gasversorgung über die Leitung 22, den Kupplungsteil 50 sowie die durch den Körper und die Arme freigelegten Bereiche in die Metallschmelze.
Fig. 3 zeigt einen Teilausschnitt einer Stahlgieß-Pfanne 10 mit einem äußeren Metallpanzer 12, einem davor angeordneten feuerfesten Dauerfutter 14 sowie einer inneren feuerfesten monolithischen Auskleidung 16 im Wand- und Bodenbereich 18, 20.
Durch den Stahlpanzer 12 und das Dauerfutter 14 erstreckt sich bodenseitig eine metallische Gaszuführleitung 22 in den Bodenbereich 20, die oberhalb des Dauerfutters 14 mit Hilfe einer Muffe 24 nach außen abgedichtet ist.
Wie Fig. 3 zeigt, verläuft die Gaszuführleitung spiralförmig und an ihre freies Ende 22e schließt sich gasdicht ein metallischer Adapter 26 an, der quasi Bestandteil der Gaszuführleitung 22 ist.
Der Adapter 26 verläuft im wesentlichen senkrecht zum bodenseitigen Dauerfutter 14 und weist eine Zylinderform auf.
Auf das obere freie Ende des Adapters 26 ist ein Körper 28 (Fig. 4) aufgesteckt, der wie folgt aufgebaut ist:
Der Körper 28 besitzt bodenseitig eine axial verlaufende Hülse 30, deren Innenquerschnitt gleich oder geringfügig größer als der Außenquerschnitt des freien Endes des Adapters 26 ist, so daß der Körper 28 über die Hülse 30 unter Formschluß auf den Adapter 26 aufgesetzt werden kann. Die Hülse 30 ist oben geschlossen und von ihrem oberen Endabschnitt verlaufen radial mehrere Stege 32, die in einen ringförmigen Steg 34 übergehen, an den sich nach oben ein hohlzylinderförmiges Teil 36 anschließt.
Der Körper 28 ist als Spritzgußteil hergestellt und damit einteilig.
Wie Figur 3 zeigt, liegt auf dem feuerfesten Dauerfutter 14 eine monolithische feuerfeste Auskleidung 16, die den oberhalb des Dauerfutters 14 verlaufenden Bereich der Gaszuführleitung 22, den Adapter 26 sowie den Körper 28 (mit Ausnahme seines oberen freien Endabschnitts) allseitig umgibt. Die feuerfeste Masse verläuft also sowohl innerhalb des hohlzylindrischen Teils 36 des Körpers 28 als auch im Bereich zwischen den Stegen 32, 34 beziehungsweise um die vorgenannten Bauteile herum. Mit anderen Worten: die Gasspüleinrichtung, bestehend aus Gaszuführleitung 22, Adapter 26 und Körper 28 ist im Umfang der vorstehend beschriebenen Bestandteile allseitig in die feuerfeste monolithische Bodenauskleidung integriert.
Wichtig ist, daß der Körper 28 mit seinem oberen freien Ende 28o entweder in Höhe des oberen Niveaus 20o der Bodenauskleidung 20 endet oder geringfügig über dieses Niveau vorsteht, um nach Ausbrand des Körpers 28 (mit seinen gesamten Bestandteilen) einen kontinuierlichen Gasweg durch die Gaszuführleitung 22, den Adapter 26, die Stege 32,34 und den T eil 36 in eine Metallschmelze 40 zu ermöglichen.
Die Größe des Körpers 28 beziehungsweise die Querschnitte seiner Bestandteile werden in Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungsbedingungen sowie der gewünschten Menge des zugeführten Gases angepaßt.

Claims (30)

  1. Gasspülboden für metallurgische Gefäße mit einem monolithischen feuerfesten keramischen Futter (20), in dem durch chemische oder physikalische Vorgänge Kanäle ausgebildet sind, die an ihrem, einer benachbarten Gefäßwand (12) zugeordneten Ende zur unmittelbaren oder mittelbaren strömungstechnischen Verbindung mit einer Gaszuführleitung (22) ausgebildet sind und an ihrem anderen Ende in der korrespondierenden Deckschicht (200) des feuerfesten keramischen Futters (20) auslaufen.
  2. Gasspülboden nach Anspruch 1, bei dem das feuerfeste keramische Futter (20) außerhalb der Kanäle gasdicht ist.
  3. Gasspülboden nach Anspruch 1, bei dem sich die Kanäle über einen räumlich begrenzten Abschnitt des Futters (20) erstrecken.
  4. Gasspülboden nach Anspruch 1, bei dem sich die Kanäle über das gesamte Volumen des Futters (20) erstrecken.
  5. Gasspülboden nach Anspruch 1, bei dem die Kanäle so ausgebildet sind, daß sie unmittelbar an das gasauslaßseitige Ende der Gaszuführleitung (22) anschließbar sind.
  6. Gasspülboden nach Anspruch 1, bei dem zwischen einem gasauslaßseitigen Ende der Gaszuführleitung (22) und korrespondierenden gaseinlaßseitigen Enden der Kanäle ein Gasverteilungsorgan (28b, 42) anordbar ist, welches eine strömungstechnische Verbindung von der Gaszuführleitung (22) zu den Kanälen schafft.
  7. Gasspülboden nach Anspruch 6, bei dem das Gasverteilungsorgan (28b) von einem durch chemische oder physikalische Vorgänge gebildeten Hohlraum im Futter (20) gebildet wird.
  8. Gasspülboden nach Anspruch 1 oder 7, bei dem die Kanäle, der Hohlraum oder die Kanäle und der Hohlraum durch chemische oder thermische Entfernung entsprechender Einlagen (28) gebildet werden.
  9. Gasspülboden nach Anspruch 6, bei dem das Gasverteilungsorgan in Form einer Gasverteilkammer (42) ausgebildet ist.
  10. Gasspülboden nach Anspruch 6, bei dem die Kanäle von einem am metallischen Außenmantel (12) des metallurgischen Gefäßes ausgebildeten Gasverteilungsorgan (42) mit Gas beaufschlagbar sind.
  11. Gasspülboden nach Anspruch 6, bei dem das Gasverteilungsorgan von einem thermisch beständigen Adapter (26) gebildet wird.
  12. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (26) am gasauslaßseitigen Ende der Gaszuführleitung (22) anschließbar ist und Mittel zur Befestigung mindestens einer Einlage (28) aufweist.
  13. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (26) als integraler Bestandteil des gasauslaßseitigen Endes der Gaszuführleitung (22) ausgebildet ist.
  14. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (26) auf das gasauslaßseitige Ende der Gaszuführleitung (22) aufschraubbar, aufklemmbar oder mit diesem verschweißbar ist.
  15. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (26) einen gegenüber der Gaszuführleitung (22) vergrößerten Strömungsquerschnitt für das Gas aufweist.
  16. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem die mindestens eine Einlage (28) auf den Adapter (26) aufsteckbar, aufschraubbar oder aufklemmbar ausgebildet ist.
  17. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (26) mit mehreren Gasauslaßöffnungen und die mindestens eine Einlage (28) mit einer korrespondierenden Anzahl von Stegen (32, 34) ausgebildet sind, die in der Montageposition jeweils einer Gasauslaßöffnung zugeordnet sind.
  18. Gasspülboden nach Anspruch 8, bei dem die Einlage(n) (28) eine Zylinderform aufweist (aufweisen).
  19. Gasspülboden nach Anspruch 8, bei dem die Einlage(n) (28) von mehreren Stegen (32) gebildet wird (werden), die sich, ausgehend von einem gemeinsamen Anlenkpunkt am gasauslaßseitigen Ende der Gaszuführleitung (22) oder ausgehend vom Gasverteilungsorgan beabstandet zueinander durch das feuerfeste Futter (20) erstrecken.
  20. Gasspülboden nach Anspruch 8, bei dem die Einlage(n) (28) von mehreren Stegen (32) gebildet wird (werden), die sich, ausgehend von einem gemeinsamen Anlenkpunkt am gasauslaßseitigen Ende der Gaszuführleitung (22) oder ausgehend vom Gasverteilungsorgan netzartig durch das feuerfeste Futter (20) erstrecken.
  21. Gasspülboden nach Anspruch 8, bei dem die Einlage(n) (28) von einem oder mehreren dünnen flächen- oder plattenartigen Körper(n) gebildet wird (werden).
  22. Gasspülboden nach Anspruch 21, bei dem die Körper mehrere, beabstandet zueinander angeordnete Durchbrechungen aufweisen.
  23. Gasspülboden nach Anspruch 22, bei dem die Durchbrechungen nach Art eines Schachbrettmusters angeordnet sind.
  24. Gasspülboden nach Anspruch 1, bei dem die Gaszuführleitung (22) aus Metall besteht.
  25. Gasspülboden nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (26) aus Metall besteht.
  26. Gasspülboden nach Anspruch 8, bei dem die Einlage(n) (28) aus Papier, Pappe oder Kunststoff besteht (bestehen).
  27. Gasspülboden nach Anspruch 8, bei dem die Einlage(n) (28) mit ihrem (ihren) freien Endabschnitt(en) das feuerfeste Futter (20) überragt (überragen).
  28. Gasspülboden nach Anspruch 1, konfektioniert als Fertigbauteil.
  29. Gasspülboden nach Anspruch 28 mit mindestens einem, in Richtung auf die benachbarte Gefäßwand (12) vorstehenden Kupplungsteil (50).
  30. Gasspülboden nach Anspruch 29, bei dem der Kupplungsteil (50) an seinem freien Ende zur Verbindung mit der Gaszuführleitung (22) ausgebildet und als Hohlkörper gestaltet ist, der an seinem gegenüberliegenden Ende unmittelbar oder mittelbar an die Kanäle anschließt.
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