EP1088112B1 - Mit einer wasserkühlung versehenes gefäss für die vakuumbehandlung von flüssigem stahl - Google Patents

Mit einer wasserkühlung versehenes gefäss für die vakuumbehandlung von flüssigem stahl Download PDF

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EP1088112B1
EP1088112B1 EP99934506A EP99934506A EP1088112B1 EP 1088112 B1 EP1088112 B1 EP 1088112B1 EP 99934506 A EP99934506 A EP 99934506A EP 99934506 A EP99934506 A EP 99934506A EP 1088112 B1 EP1088112 B1 EP 1088112B1
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    • 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
    • C21C7/10—Handling in a vacuum

Definitions

  • the invention relates to a treatment vessel for the vacuum treatment of liquid steel, consisting of a lower part attached to it and a lower part having an upper part, further with a heating device, a charging device and an exhaust gas connection arranged at right angles to the central axis of the vessel, the treatment vessel having an outer metallic Jacket and in its lower part has a lining made of refractory material towards the inside of the vessel, and wherein the metallic jacket of the upper part of the vessel including the exhaust gas connection is provided with a water cooling device and on the inside is directly exposed to the process conditions prevailing inside the vessel.
  • a steel treatment vessel with the aforementioned features is described in JP-A-04 103 713;
  • Such a treatment vessel is used for aftertreatment, for example the degassing of liquid steel, in that the vessel with the immersion tubes seated on its lower part into a liquid steel filled pan immersed and the liquid steel is sucked under vacuum into the treatment vessel and returned to the pan after the treatment phase.
  • diagonally arranged connecting pieces are provided for the introduction of alloy materials and for connecting a burner heating device.
  • these treatment vessels are provided with a lining made of a refractory material, at least in their lower part.
  • the generic JP-A-04 103 713 already suggests to provide its metallic jacket with a water cooling device and to directly expose the inside of the process conditions prevailing inside the vessel.
  • the invention provides that the metallic jacket provided with the water cooling device extends beyond the exhaust gas connection and forms a gas cooling section which adjoins the exhaust gas connection of the vessel.
  • the metallic jacket set up for water cooling has a cladding made of a material having a high thermal conductivity on its surface facing the inside of the vessel, the cladding preferably is made of copper. This is associated with the advantage of avoiding bear deposits on the water-cooled jacket area, since bear attachments which form a shock-like effect dissolve from the vessel wall with only a low weight and fall into the interior of the vessel. Depending on the exemplary embodiments of the invention, only the upper part or additionally the middle part can have such a cladding.
  • the metallic jacket in its area designed for water cooling is designed with double walls and with connections for a cooling water supply and is provided for discharging the heated water.
  • the vessel jacket in its area set up for water cooling consists of a vertically extending pipe on a pipe construction, the pipes, for example, being round or square, forming the intermediate space for the passage of the cooling water.
  • the metal jacket set up for water cooling is provided on its flange connection to the inside of the vessel part, which has a lining made of refractory material, with a limited area Insulation extending transition area is provided from a refractory material.
  • the insulation arranged in the transition region on the metallic jacket set up for water cooling can have a lower thickness than the lining of the subsequent part of the vessel.
  • the metallic jacket set up for water cooling at its flange connection to the vessel part which has a lining made of refractory material by the difference in thickness between insulation and lining towards the interior of the vessel is staggered.
  • FIGS. 1 to 3 The exemplary embodiments of the treatment vessel shown in FIGS. 1 to 3 do not fall under the inventive concept and are therefore explained for better understanding of the subject matter of the invention:
  • the treatment vessel 10 shown schematically in FIG. 1 consists of a lower part 11 with immersion tubes 12 connected to it, a middle part 13 attached above it by means of a flange connection 21, which Has charging devices 14, as well as from an upper part 15, which has an exhaust port 16 arranged at right angles to the central axis of the treatment vessel 10, to which a gas cooler 17 is connected in the illustrated embodiment.
  • a compensator 18 is interposed between the exhaust connection 16 and the gas cooler 17.
  • the entire vessel has an outer metallic jacket 19, the lower part 11 and the middle part 13 of the treatment vessel 10 having a lining 20 made of a refractory material, which is attached to the interior of the vessel.
  • the upper part 15 is only designed with the metallic jacket 19, which is provided with a water cooling device in a manner shown in FIG.
  • the vessel jacket of the upper part 15 is double-walled with the outer metallic jacket 19 and an inner metallic jacket 22, which form an intermediate space 23 between them for the passage of cooling water.
  • the area of the metallic jacket 19 adjoining the flange connection 21 is provided with an inner insulation 26 in a transition area. Since this insulation 26 has a lower thickness than the entire lining 20 of the adjoining middle part 13 of the treatment vessel 10, the upper part 15 is arranged offset from the interior of the vessel by an amount which corresponds to the difference in thickness between the insulation 26 and the refractory lining 20.
  • FIG. 1 it can be seen from FIG.
  • the lining 20 consists of a permanent lining 24 applied to the metallic jacket 19 of the central part 13, to which the wear lining 25 is connected on the inside.
  • the insulation 26 of the upper part 15, on the other hand, has the same structure as the permanent lining 24 of the lower part 11.
  • the upper part 15 has a metallic jacket 19 with water cooling, but the same is also carried out on the central part 13 up to its flange connection 21 for connection to the lower part 11, which also has a lining 20 Refractory material is provided.
  • a plating 30 made of copper is indicated in the region of the middle part 13, which is attached to the surface of the middle part 13 and the upper part 15 facing the inside of the vessel and adheres due to the shock-like heat dissipation from the vessel transition to the water cooling of the metallic jacket 19 avoiding bear approaches.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Behandlungsgefäß für die Vakuumbehandlung von flüssigem Stahl, bestehend aus einem daran angesetzte Tauchrohre aufweisenden Unterteil und aus einem Oberteil, ferner mit einer Heizvorrichtung, einer Beschickungseinrichtung und einem im rechten Winkel zur Zentralachse des Gefäßes angeordneten Abgasanschluß, wobei das Behandlungsgefäß einen äußeren metallischen Mantel und in seinem Unterteil eine zum Gefäßinneren hin angesetzte Auskleidung aus Feuerfestmaterial aufweist, und wobei der metallische Mantel des Oberteils des Gefäßes einschließlich des Abgasanschlusses mit einer Wasserkühleinrichtung versehen und innenseitig unmittelbar den im Inneren des Gefäßes herrschenden Prozeßbedingungen ausgesetzt ist.
  • Ein Stahl-Behandlungsgefäß mit den vorgenannten Merkmalen ist in der JP-A-04 103 713 beschrieben; ein derartiges Behandlungsgefäß dient der Nachbehandlung, beispielsweise der Entgasung von flüssigem Stahl, indem das Gefäß mit den an seinem Unterteil sitzenden Tauchrohren in eine mit flüssigem Stahl gefüllte Pfanne eingetaucht und der flüssige Stahl unter Vakuum in das Behandlungsgefäß gesaugt und nach der Behandlungsphase wieder in die Pfanne zurückgeleitet wird. Im zylindrischen Gefäßmittelteil sind schräg angeordnete Anschlußstutzen für die Einleitung von Legierungsmaterialien und zum Anschluß einer Brenner-Heizeinrichtung vorgesehen.
  • Soweit in den Behandlungsgefäßen sehr hohe Temperaturen auftreten, sind diese Behandlungsgefäße zumindest in ihrem Unterteil mit einer Auskleidung aus einem Feuerfestmaterial versehen. Hinsichtlich des Oberteils schlägt die gattungsbildende JP-A-04 103 713 bereits vor, dessen metallischen Mantel mit einer Wasserkühleinrichtung zu versehen und innenseitig unmittelbar den im Inneren des Gefäßes herrschenden Prozeßbedingungen auszusetzen.
  • Bei diesen Behandlungsgefäßen besteht zusätzlich das Problem einer ausreichenden Kühlung der Abgase, und hierzu wird, was in der gattungsbildenden JP-A-04 103 713 nicht weiter angesprochen ist, den Gefäßen ein Gaskühler nachgeschaltet, der einen entsprechenden Bauaufwand erfordert. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Behandlungsgefäß mit den gattungsgemäßen Merkmalen die erforderliche Kühlung der Abgase mit möglichst geringem Bauaufwand durchzuführen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung sieht hierzu vor, daß sich der mit der Wasserkühleinrichtung versehene metallische Mantel über den Abgasanschluß hinaus erstreckt und eine an den Abgasanschluß des Gefäßes anschließende Gaskühlstrecke ausbildet.
  • Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Gefäßinneren auf die Wasserkühlung des metallischen Mantels kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, daß der für eine Wasserkühlung eingerichtete metallische Mantel an seiner zum Gefäßinneren weisenden Oberfläche eine Plattierung aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material aufweist, wobei die Plattierung vorzugsweise aus Kupfer besteht. Hiermit ist der Vorteil einer Vermeidung von Bärenansätzen an dem wassergekühlten Mantelbereich verbunden, da sich aufgrund einer schockartig wirkenden Wärmeabfuhr sich bildende Bärenansätze mit einem nur geringen Eigengewicht wieder von der Gefäßwand lösen und ins Gefäßinnere fallen. Je nach den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann somit nur das Oberteil oder auch zusätzlich das Mittelteil eine derartige Plattierung aufweisen.
  • In der einfachsten Form kann hinsichtlich der Ausbildung der Wasserkühlung vorgesehen sein, daß der metallische Mantel in seinem für eine Wasserkühlung eingerichteten Bereich doppelwandig ausgebildet und mit Anschlüssen für eine Kühlwasserzufuhr und für eine Ableitung des erwärmten Wassers versehen ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform besteht der Gefäßmantel in seinem für eine Wasserkühlung eingerichteten Bereich aus einer vertikal verlaufenden Rohr an RohrKonstruktion, wobei die beispielsweise rund oder quadratisch ausgebildeten Rohre den Zwischenraum zur Durchleitung des Kühlwassers bilden.
  • Um einen ausreichenden Anschluß des mit einer Wasserkühlung versehenen metallischen Mantels an den mit einer Feuerfestauskleidung versehenen Gefäßbereich sicherzustellen, kann vorgesehen sein, daß der für eine Wasserkühlung eingerichtete metallische Mantel an seinem Flanschanschluß zu dem eine Auskleidung aus Feuerfestmaterial aufweisenden Gefäßteil innenseitig mit einer sich über einen begrenzten Übergangsbereich erstreckenden Isolierung aus einem Feuerfestmaterial versehen ist. Hierbei kann die in dem Übergangsbereich an dem für eine Wasserkühlung eingerichteten metallischen Mantel angeordnete Isolierung eine geringere Stärke als die Auskleidung des anschließenden Gefäßteils aufweisen.
  • Um bei einer solchen Ausführungsform der Erfindung eine glatte Auskleidung des gefährdeten Flanschbereiches sicherzustellen, kann vorgesehen sein, daß der für eine Wasserkühlung eingerichtete metallische Mantel an seinem Flanschanschluß zu dem eine Auskleidung aus Feuerfestmaterial aufweisenden Gefäßteil um den Unterschiedsbetrag in der Stärke zwischen Isolierung und Auskleidung zum Gefäßinneren versetzt angeordnet ist.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines Behandlungsgefäßes wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein aus dem Stand der Technik bekanntes Stahl-Behandlungsgefäß in einer schematischen Darstellung mit einem wassergekühlten Oberteil;
    Fig. 2
    den Übergang zwischen dem wassergekühlten Oberteil und dem mit einer Feuerfestauskleidung versehenen Mittelteil des Behandlungsgefäßes gemäß Figur 1 in einer geschnittenen Einzeldarstellung;
    Fig. 3
    ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Ausführungsbeispiel eines Stahl-Behandlungsgefäßes mit einem mit wassergekühlter Wandung versehenen Oberteil und Mittelteil;
    Fig. 4
    das erfindungsgemäß ausgestaltete Behandlungsgefäß mit einer an den Abgasanschluß angeschlossenen Gaskühlstrecke.
  • Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele des Behandlungsgefäßes unterfallen nicht dem Erfindungsgedanken und sind daher zum besseren Verständnis des Gegenstandes der Erfindung erläutert:
  • Das in Figur 1 schematisch dargestellte Behandlungsgefäß 10 besteht aus einem Unterteil 11 mit daran angeschlossenen Tauchrohren 12, einem darüber mittels einer Flanschverbindung 21 angesetzten Mittelteil 13, welches Beschickungseinrichtungen 14 aufweist, sowie aus einem Oberteil 15, welches einen im rechten Winkel zur Zentralachse des Behandlungsgefäßes 10 angeordneten Abgasanschluß 16 aufweist, an den bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gaskühler 17 angeschlossen ist. Zwischen Abgasanschluß 16 und Gaskühler 17 ist ein Kompensator 18 zwischengeschaltet. Das gesamte Gefäß weist einen äußeren metallischen Mantel 19 auf, wobei das Unterteil 11 sowie das Mittelteil 13 des Behandlungsgefäßes 10 eine zum Gefäßinneren hin angesetzte Auskleidung 20 aus einem Feuerfestmaterial aufweisen. Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, ist das Oberteil 15 lediglich mit dem metallischen Mantel 19 ausgeführt, der in einer aus Figur 2 ersichtlichen Weise mit einer Wasserkühleinrichtung versehen ist.
  • Wie hierzu der Figur 2 im einzelnen zu entnehmen ist, ist der Gefäßmantel des Oberteils 15 doppelwandig mit dem äußeren metallischen Mantel 19 und einem inneren metallischen Mantel 22 ausgebildet, die zwischen sich einen Zwischenraum 23 zur Durchleitung von Kühlwasser ausbilden. Um im Bereich der Flanschverbindung 21 und des hier ansetzenden Bereichs der Wasserkühlung für einen Schutz zu sorgen, ist der an die Flanschverbindung 21 anschließende Bereich des metallischen Mantels 19 in einem Übergangsbereich mit einer inneren Isolierung 26 versehen. Da diese Isolierung 26 eine geringere Stärke aufweist als die gesamte Auskleidung 20 des anschließenden Mittelteils 13 des Behandlungsgefäßes 10 ist das Oberteil 15 um einen Betrag zum Gefäßinneren versetzt angeordnet, der dem Unterschiedsbetrag in der Stärke zwischen der Isolierung 26 und der Feuerfest-Auskleidung 20 entspricht. Im einzelnen ist der Figur 2 zu entnehmen, daß die Auskleidung 20 aus einem auf den metallischen Mantel 19 des Mittelteils 13 aufgebrachten Dauerfutter 24 besteht, an das innenseitig das Verschleißfutter 25 anschließt. Die Isolierung 26 des Oberteils 15 hingegen hat einen gleichen Aufbau wie das Dauerfutter 24 des Unterteils 11.
  • Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist nicht nur das Oberteil 15 einen metallischen Mantel 19 mit einer Wasserkühlung auf, sondern gleiches ist auch an dem Mittelteil 13 bis zu dessen Flanschverbindung 21 zum Anschluß an das Unterteil 11 verwirklicht, welches weiterhin mit einer Auskleidung 20 aus Feuerfestmaterial versehen ist. Zusätzlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Bereich des Mittelteils 13 eine Plattierung 30 aus Kupfer angedeutet, die an der zum Gefäßinneren weisenden Oberfläche des Mittelteils 13 wie auch des Oberteils 15 angebracht ist und aufgrund der schockartigen Wärmeabfuhr vom Gefäßübergang auf die Wasserkühlung des metallischen Mantels 19 das Anhaften von Bärenansätzen vermeiden hilft.
  • In Figur 4 ist dargestellt, daß bei einer Einrichtung des Mittelteils 13 sowie des Oberteils 15 mit einem wassergekühlten Mantel 19 die Abgastemperatur soweit gesenkt werden kann, daß auf einen herkömmlichen Gaskühler verzichtet werden kann, indem an das Oberteil 15 eine Gaskühlstrecke 27 anschließt, die ebenfalls einen wassergekühlten metallischen Mantel 19 gleicher Ausbildung wie für das Mittelteil 13 und das Oberteil 15 vorgesehen aufweist.

Claims (8)

  1. Behandlungsgefäß (10) für die Vakuumbehandlung von flüssigem Stahl, bestehend aus einem daran angesetzte Tauchrohre (12) aufweisenden Unterteil (11) und aus einem Oberteil (15), ferner mit einer Heizvorrichtung, einer Beschickungseinrichtung (14) und einem im rechten Winkel zur Zentralachse des Gefäßes angeordneten Abgasanschluß (16), wobei das Behandlungsgefäß (10) einen äußeren metallischen Mantel (19) und in seinem Unterteil (11) eine zum Gefäßinneren hin angesetzte Auskleidung (20) aus Feuerfestmaterial aufweist, und wobei der metallische Mantel (19) des Oberteils (15) des Gefäßes einschließlich des Abgasanschlusses (16) mit einer Wasserkühleinrichtung (23) versehen und innenseitig unmittelbar den im Inneren des Gefäßes (10) herrschenden Prozeßbedingungen ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der mit der Wasserkühleinrichtung (23) versehene metallische Mantel (19) über den Abgasanschluß (16) hinaus erstreckt und eine an den Abgasanschluß des Gefäßes anschließende Gaskühlstrecke (27) ausbildet.
  2. Behandlungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß der für eine Wasserkühlung eingerichtete metallische Mantel (19) an seiner zum Gefäßinneren weisenden Oberfläche eine Plattierung (30) aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material aufweist.
  3. Behandlungsgefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierung (30) aus Kupfer besteht.
  4. Behandlungsgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel (19) in seinem für eine Wasserkühlung eingerichteten Bereich doppelwandig ausgebildet und mit Anschlüssen für eine Kühlwasserzufuhr und für eine Ableitung des erwärmten Wassers versehen ist.
  5. Behandlungsgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel (19) in seinem für eine Wasserkühlung eingerichteten Bereich aus einzelnen, aneinandergesetzten Rohren zur Durchleitung des Kühlwassers ausgebildet ist.
  6. Behandlungsgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der für eine Wasserkühlung eingerichtete metallische Mantel (19) an seinem Flanschanschluß (21) zu dem eine Auskleidung (20) aus Feuerfestmaterial aufweisenden Gefäßteil (11, 13) innenseitig mit einer sich über einen begrenzten Übergangsbereich erstreckenden Isolierung (26) aus einem Feuerfestmaterial versehen ist.
  7. Behandlungsgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Übergangsbereich an dem für eine Wasserkühlung eingerichteten metallischen Mantel (19) angeordnete Isolierung (26) eine geringere Stärke als die Auskleidung (20) des anschließenden Gefäßteils (11, 13) aufweist.
  8. Behandlungsgefäß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der für eine Wasserkühlung eingerichtete metallische Mantel (19) an seinem Flanschanschluß (21) zu dem eine Auskleidung aus Feuerfestmaterial aufweisenden Gefäßteil (11, 13) um den Unterschiedsbetrag in der Stärke zwischen Isolierung (26) und Auskleidung (20) zum Gefäßinneren versetzt angeordnet ist.
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