EP2893992A1 - Gasspül-Element und zugehöriges Gasanschluss-Element - Google Patents

Gasspül-Element und zugehöriges Gasanschluss-Element Download PDF

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EP2893992A1
EP2893992A1 EP14150656.8A EP14150656A EP2893992A1 EP 2893992 A1 EP2893992 A1 EP 2893992A1 EP 14150656 A EP14150656 A EP 14150656A EP 2893992 A1 EP2893992 A1 EP 2893992A1
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EP
European Patent Office
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gas
recess
connection
element according
face
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EP14150656.8A
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English (en)
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EP2893992B1 (de
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Bernd Trummer
Michael Klikovich
Roman Kulp
Leopold Kneis
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to PL14150656T priority patent/PL2893992T3/pl
Priority to RS20160054A priority patent/RS54558B1/en
Priority to MX2016005652A priority patent/MX2016005652A/es
Priority to US15/037,717 priority patent/US9879916B2/en
Priority to PCT/EP2014/074261 priority patent/WO2015104079A1/de
Priority to CN201480059884.6A priority patent/CN105658354A/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/001—Extraction of waste gases, collection of fumes and hoods used therefor
    • F27D17/002—Details of the installations, e.g. fume conduits or seals
    • 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
    • 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
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/34—Blowing through the bath
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a gas purging element for metallurgical applications, for example for installation in a metallurgical vessel and an associated gas connection element.
  • a gas purging element also called gas purging plug, is used for blowing in gases, if appropriate also gas / solid mixtures, into a melt to be treated, in particular a metallurgical melt.
  • the gaseous treatment fluid is guided in a gas purging plug with directed porosity along corresponding channels / slots, in the case of gas purging ponds with so-called undirected porosity along a corresponding irregular pore volume (similar to a sponge).
  • the arrangement of a gas purging plug in the bottom or the wall of a metallurgical vessel can be done in different ways.
  • the gas purging plug is placed in an associated well block.
  • the dishwasher is secured to the metallurgical vessel with a mechanism.
  • the mechanism is opened.
  • An example of this shows the EP 363651 B1 , This dishwasher has at the same time a gas distribution space at the cold end.
  • the gas purging plug In order to avoid a diffusion of the gas into the adjacent refractory material, it is for example from the EP 0 148 337 A1 known to form the gas purging plug with a metal jacket.
  • the metal sheet usually runs on the circumference and in the bottom area of the dishwasher.
  • the bottom plate has an opening, which is followed by a gas connection pipe which protrudes freely over the bottom plate. Gas is conducted via the gas connection pipe into the gas-permeable ceramic part of the rinse. The gas connection pipe interferes with transport and installation of the dishwasher.
  • the invention has for its object to offer a structurally simple way how the assembly or disassembly of a gas purging plug can be simplified and a loss of gas is minimized.
  • the invention is based on the following considerations:
  • a sheet-coated gas purging plug ( EP 0 148 337 A1 ) has many advantages. He has a high dimensional accuracy and avoids gas loss. However, the protruding gas connection pipe interferes with transport and assembly.
  • a gas purging plug without sheet metal casing is easy to transport. However, it is very difficult to create a simple and tight connection to a gas source.
  • the dimensional accuracy of the rinser and the associated installation device ( EP 0 363 651 B1 ) must be very high to avoid damage and leaks. This is difficult to realize on an often hot metallurgical vessel.
  • the essential feature is the recess, which has a first portion (functional part) of a detachable, positive connection with a gas connection element.
  • This recess can be formed in different ways, for example as part of one of the following connection constructions: screw connection, bayonet connection, pressure / pressure quick connection, push / turn quick connection. These include clamp connections or snap connections.
  • a gas line for example, simply pressed into the recess and / or rotated until the gas line with the corresponding connecting portion in the recess of the gas purging element receives the desired positive connection. This only takes a few seconds and is also readily possible on a hot metallurgical vessel at any time, possibly also via a manipulator (robot).
  • Each alignment / adjustment, pivoting, additional fastening by a mechanism on the wall of the metallurgical vessel can be omitted.
  • connection techniques can be readily carried out as gas-tight connections and are detachable. To replace a gas purging, the gas line on reverse Removed (compared to the assembly) and later reused.
  • the compounds mentioned allow a frictional connection between gas purging plug and gas connection element without additional equipment.
  • the depression starting from the lower end face, has at least one of the following geometric shapes: cylinder, cone, truncated cone, prism.
  • the horizontal cross section of the depression (that is to say perpendicular to the main direction of flow of the gas through the flushing element) can accordingly be round, rectangular, polygonal, for example.
  • It may also be a first portion (viewed from the end face of the gas purging of) cylindrical and an adjoining section frustoconical design.
  • the cylindrical part allows a good guidance and fixation, the frustoconical part can be designed as an additional seal.
  • a gas distribution chamber can be formed in the ceramic refractory body.
  • the gas supplied via the gas line can then first flow into the gas distribution chamber and from there through the gas-permeable ceramic sections.
  • an anti-penetration barrier against penetrating molten metal in the depression (or fluidically in front of or behind the depression), can be formed in the ceramic body.
  • the break-through protection may be constructed as a replaceable component which is connected to a corresponding portion of the gas supply conduit or to the recess.
  • the portion of the recess which forms the first portion of the connection to the gas connection element can be formed in-situ in the ceramic material (ie consist of ceramic) and / or be an independent (discrete) component.
  • the recess can have a threaded portion formed on the wall side in the ceramic;
  • a sleeve or nut can be used with a corresponding internal thread in the recess and / and glued there.
  • the gas purging element may not be formed with an outer metal shell.
  • the metal sheath may surround the entire spinner (except the top and bottom of the cold end recess), only the bottom of the refractory ceramic body or only the bottom face of the refractory ceramic body (again without the recess portion).
  • the gas purging element may be formed so that no parts / elements protrude beyond the lower end surface.
  • the bubbler is "flat" at the cold end.
  • the lower end face forms the end of the cold end of the flushing element. Every kind of Closure parts, fasteners, bearings or the like, which protrude beyond the floor to the outside, can be dispensed with according to the invention.
  • the second end forms a mating thread for a thread-like portion of the recess of the gas purging element or a portion of a bayonet closure.
  • the first end of the gas connection element can be designed for connection to a (further) gas supply line or be connected directly to a gas source.
  • the gas purging element may be made of metal and / or another material which is stable at the temperatures prevailing when the gas purging element is applied to a metallurgical vessel at its "cold end".
  • the depression in the gas purging element and the corresponding end of the gas connection element form a male part or a female part of an associated positive connection.
  • the recess can also be designed in the manner of an adapter, by means of which the gas connection element is fastened in the gas purging element.
  • connection makes it possible to connect adjacent sections (of the gas supply system and the flushing element) in the flow direction of the gas in a simple manner.
  • the compound also serves to create a largely gas-tight connection. This can be realized, for example, in that corresponding sections of the connection have a corresponding conical / frusto-conical shape and are connected to one another.
  • an additional securing element mechanically secure / fix the adjacent sections in the connection position.
  • the reference numeral 10 describes a frusto-conical gas purging plug, of which only the lower end is shown. From a flat bottom 12, a metal cylinder 14 with internal thread 16 extends into a gas-tight ceramic outer part 18 of the gas purging plug 10.
  • the internal thread 16 thus delimits a cylindrical cavity (recess 20) into which an associated gas connection element 50 (a gas line) can be inserted.
  • the gas line 50 is at its in FIG. 1 illustrated upper, second end 52 formed with a corresponding external thread 54.
  • annular metal plate 22 is fixed (welded), which has a central opening 24 corresponding to the cavity 20 and from the edge of a cylindrical wall 26 toward an upper, not shown end of Gas Series Element protrudes, so that results for the parts 22, 26 a pot-like geometry with a hole in the ground.
  • This "pot” serves to receive a lower end 28 of a gas-permeable ceramic part 30.
  • This part 30 is on the bottom side formed with a central recess 32, so is only marginally on the sheet 22 and peripherally adjacent in the lower portion against the wall 26 and in the section above the gas-impermeable part 18 of the gas purging element 10th
  • a gas connection is created by the gas connection element 50 is connected to a gas source and screwed with its thread 54 on the thread 16 of the gas purging element 10.
  • gas purging process can begin immediately. Gas then flows through the gas connection element 50 (arrow G direction) and thus through the cavity 20 into the gas distribution chamber (formed by the return 32) and further through the open porosity of the gas permeable section 30 (arrow G) until the gas flushes the gas Leaves element 10 via its (not shown) upper end face and enters a corresponding molten metal.
  • the illustrated gas purging plug has a flat bottom 12. Outwardly (in the illustrated functional position: downwards), there are no parts during transport and installation of the gas purging element 10. This is an essential feature of the gas purging element and facilitates the assembly / connection of a gas line (a gas connection element) after installation of the gas purging element in a bottom or wall of a metallurgical melting vessel.
  • this connection is designed as a so-called quick coupling.
  • a "male part” 16 'in the cavity 20 is arranged.
  • the part 16 ' is fixed to the bottom 22 and protrudes down into the cavity 20 and approximately to the bottom 12 of the gas purging element 10.
  • the part 16' has approximately a cylindrical shape with a tapered annular portion 17th
  • a "female part" 54 'of the quick coupling is formed instead of the external thread 54, this part 54' is pot-shaped and has an annular constriction 55, which is designed corresponding to the tapered portion 17 of the part 16 ', so that at Sliding the part 54 'on the part 16', the annular constriction 55 can spring into the tapered portion 17, to which the part 54 'is formed with a certain elasticity.
  • the dimensioning of the cavity 20 must be sufficiently large to accommodate the part 54 and preferably so large that the part 54 'rests with its cylindrical outer surface in alignment with the cylindrical outer wall of the cavity 20 in the assembled state.
  • the bottom of the gas flushing element is a sheet metal floor.
  • FIG. 3 similar to the embodiment according to FIG. 2 , However, the gas purging element 10 and the gas connection element 50 are not connected to one another via a quick coupling, but via a kind of bayonet closure.
  • the part 16 has an L-shaped recess in its peripheral wall, which serves to receive a pin 55 ', which projects perpendicularly from the inner wall of the part 54".
  • the second end of the gas connection element 50 is pushed axially onto the part 16 ", the pin 55 'first extending along the axially extending section of the L-shaped recess Gas connection element 50 relative to the part 16 "rotated so that the pin 55 'enters the horizontal portion of the L-shaped groove and is secured against axial loosening.
  • the gas purging element 10 after FIG. 3 also has a peripheral metal jacket 40 which is connected in a gastight manner to a bottom plate 12, which is interrupted only in the region of the cylinder 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasspül-Element für metallurgische Anwendungen, zum Beispiel zum Einbau in ein metallurgisches Gefäß sowie ein zugehöriges Gasanschluss-Element.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gasspül-Element für metallurgische Anwendungen, zum Beispiel zum Einbau in ein metallurgisches Gefäß sowie ein zugehöriges Gasanschluss-Element.
  • Ein Gasspül-Element, auch Gasspülstein genannt, dient zum Einblasen von Gasen, gegebenenfalls auch Gas-/Feststoffgemischen, in eine zu behandelnde Schmelze, insbesondere eine metallurgische Schmelze. Dabei wird das gasförmige Behandlungsfluid bei einem Gasspülstein mit gerichteter Porosität (english: directed porosity) entlang korrespondierender Kanäle/ Schlitze geführt, bei Gasspülsteinen mit so genannter ungerichteter Porosität (english: random porosity) entlang eines korrespondierenden unregelmäßigen Porenvolumens (ähnlich wie bei einem Schwamm).
  • Die Anordnung eines Gasspülsteins im Boden oder der Wand eines metallurgischen Gefäßes kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Bei einer typischen Montage wird der Gasspülstein in einem zugehörigen Lochstein (english: well block) angeordnet. Außen, an dem Ende, an dem das Gas zugeführt wird (sogenanntes "kaltes Ende"), wird der Spüler mit einer Mechanik am metallurgischen Gefäß gesichert. Zur Demontage beziehungsweise zum Austausch des Spülers wird die Mechanik geöffnet. Ein Beispiel dazu zeigt die EP 363651 B1 . Dieser Spüler weist am kalten Ende gleichzeitig einen Gasverteilraum auf.
  • Gasspülsteine der genannten Art und zugehörige Montagevorrichtungen haben sich seit Jahrzehnten bewährt. Ein Problem besteht jedoch darin, dass der Demontage-/Montageaufwand zum Auswechseln eines Gasspül-Elementes groß ist und lange dauert.
  • Um eine Diffusion des Gases in das benachbarte Feuerfestmaterial zu vermeiden ist es zum Beispiel aus der EP 0 148 337 A1 bekannt, den Gasspülstein mit einem Blechmantel auszubilden. Das Blech verläuft meist umfangsseitig und im Bodenbereich des Spülers. Das Bodenblech weist eine Öffnung auf, an die sich ein Gasanschlussrohr anschließt, das frei über das Bodenblech vorsteht. Gas wird über das Gasanschlussrohr in den gasdurchlässigen keramischen Teil des Spülers geleitet. Das Gasanschlussrohr stört beim Transport und beim Einbau des Spülers.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Möglichkeit anzubieten, wie die Montage beziehungsweise Demontage eines Gasspülsteins vereinfacht werden kann und ein Gasverlust minimiert wird.
  • Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus:
  • Ein blechummantelter Gasspülstein ( EP 0 148 337 A1 ) hat viele Vorteile. Er hat eine hohe Maßgenauigkeit und vermeidet Gasverlust. Allerdings stört das abstehende Gasanschlussrohr beim Transport und bei der Montage.
  • Ein Gasspülstein ohne Blechummantelung ist leicht zu transportieren. Allerdings ist es sehr schwierig, eine einfache und dichte Verbindung zu einer Gasquelle zu schaffen. Die Maßgenauigkeit des Spülers und der zugehörigen Einbauvorrichtung ( EP 0 363 651 B1 ) muss sehr hoch sein, um Schäden und Undichtigkeiten zu vermeiden. Das ist an einem oft heißen metallurgischen Gefäß nur schwer zu realisieren.
  • Die Erfindung zielt deshalb in eine andere Richtung: Das wesentliche Merkmal ist, das Gasspülelement so zu konstruieren, dass eine zugehörige Gasleitung im Inneren des Spülers montiert werden kann. Damit werden folgende Effekte erzielt:
    • Das kalte Ende des Spülers wird durch die untere Stirnfläche beziehungsweise einen entsprechenden Blechmantel definiert, es entfallen vorspringende Teile wie angeschweißte Gasanschlussrohre, die nach außen vorstehen.
    • Ein Gasanschluss erfolgt im Inneren des Spülers, also genau an der Stelle, wo das Gas benötigt wird.
    • Zum Anschluss einer entsprechenden Gasleitung wird eine Vertiefung am kalten Ende des Gasspülsteins vorgesehen. Der keramische Teil des Spülelements umfasst also den Gasanschluss. Dadurch kann keramisches Material gespart werden.
    • Die Vertiefung dient nicht nur zum Anschluss einer Gasleitung, sondern auch zur Führung und Befestigung der Gasleitung.
    • Das ermöglicht es, über eine bestimmte axiale Länge (vom kalten Ende des Gasspülelements zum gegenüberliegenden, heißen Ende betrachtet) eine Führung zwischen Gasspülelement und Gasleitung auszubilden. Das ermöglicht es gleichzeitig, die beiden Teile ohne aufwändige Mechaniken zu verbinden. Die Gasanschlussleitung kann zum Beispiel in die Vertiefung eingeschraubt werden. Weitere Verankerungen für die Gasleitung sind möglich aber nicht notwendig. Die komplizierten Schwenkmechanismen etc. entfallen.
  • In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach ein Gasspül-Element für metallurgische Anwendungen mit folgenden Merkmalen im Einbauzustand:
    • einem keramischen feuerfesten Körper mit einem unteren Ende und einem oberen Ende,
    • das obere Ende weist eine obere Stirnfläche auf,
    • das untere Ende weist eine untere Stirnfläche auf,
    • von der unteren Stirnfläche erstreckt sich eine Vertiefung in das untere Ende des keramischen feuerfesten Körpers,
    • die Vertiefung ist mit einem ersten Abschnitt einer lösbaren, formschlüssigen Verbindung mit einem Gasanschlusselement ausgebildet,
    • zwischen der Vertiefung und der oberen Stirnfläche besteht eine strömungstechnische Verbindung für ein Behandlungsgas durch mindestens einen gasdurchlässigen Teil des keramischen feuerfesten Körpers.
  • Das wesentliche Merkmal ist die Vertiefung, die einen ersten Abschnitt (Funktionsteil) einer lösbaren, formschlüssigen Verbindung mit einem Gasanschlusselement aufweist.
  • Diese Vertiefung kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet werden, zum Beispiel als Teil einer der folgenden Verbindungskonstruktionen: Schraubverbindung, Bajonettverbindung, Druck-/Druck-Schnellverbindung, Druck-/Dreh-Schnellverbindung. Dazu gehören auch Klammerverbindungen oder Schnappverbindungen.
  • Im Fall einer Konstruktion als Schnellkupplung oder Bayonettverbindung wird eine Gasleitung zum Beispiel einfach in die Vertiefung eingedrückt und/oder gedreht bis die Gasleitung mit dem korrespondierenden Verbindungsabschnitt in der Vertiefung des Gasspülelements die gewünschte formschlüssige Verbindung eingeht. Das dauert nur wenige Sekunden und ist auch an einem heißen metallurgischen Gefäß jederzeit ohne weiteres möglich, gegebenenfalls auch über einen Manipulator (Roboter).
  • Jedes Ausrichten/Justieren, Verschwenken, zusätzliche Befestigen durch eine Mechanik an der Wand des metallurgischen Gefäßes kann entfallen.
  • Dies gilt auch, wenn Vertiefung und Gasanschlussleitung an ihren korrespondierenden Abschnitten Gewinde für eine Schraubverbindung aufweisen.
  • Ein wesentlicher Vorteil aller genannten Verbindungstechniken besteht darin, dass diese formschlüssigen Verbindungen ohne weiteres als gasdichte Verbindungen ausgeführt werden können und lösbar sind. Zum Auswechseln eines Gasspülers kann die Gasleitung auf umgekehrtem Weg (verglichen mit der Montage) wieder abgenommen und später wiederverwendet werden.
  • Die genannten Verbindungen ermöglichen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Gasspülstein und Gasanschlusselement ohne Zusatzeinrichtungen.
  • Nach einer Ausführungsform weist die Vertiefung, ausgehend von der unteren Stirnfläche, mindestens eine der folgenden geometrischen Formen auf: Zylinder, Kegel, Kegelstumpf, Prisma. Der horizontale Querschnitt der Vertiefung (also senkrecht zur Haupt-Strömungsrichtung des Gases durch das Spülelement) kann entsprechend zum Beispiel rund, rechteckig, polygon sein.
  • Es kann auch ein erster Abschnitt (von der Stirnfläche des Gasspülers aus betrachtet) zylindrisch und ein daran anschließender Abschnitt kegelstumpfartig gestaltet sein. Der zylindrische Teil erlaubt eine gute Führung und Fixierung, der kegelstumpfartige Teil lässt sich als zusätzliche Dichtung gestalten.
  • In der Vertiefung oder strömungstechnisch im Anschluss an die Vertiefung, in Richtung auf die obere Stirnfläche betrachtet, kann eine Gasverteilkammer im keramischen feuerfesten Körper ausgebildet werden. Das über die Gasleitung zugeführte Gas kann dann zunächst in die Gasverteilkammer strömen und von dort durch die gasdurchlässigen keramischen Abschnitte.
  • Alternativ oder kumulativ kann in der Vertiefung (oder strömungstechnisch vor oder hinter der Vertiefung) eine Durchbruchsicherung gegen eindringende Metallschmelze im keramischen Körper ausgebildet werden. Die Durchbruchsicherung kann als austauschbares Bauteil konstruiert sein, das mit einem korrespondierenden Abschnitt der Gaszuführ-Leitung oder mit der Vertiefung verbunden wird.
  • Solche Durchbruchsicherungen sind an sich bekannt, jedoch bei anderen Konstruktionen von Gasspülelementen. Beispielsweise kann eine der folgenden Bauarten integriert werden:
    • Die Gaszuführleitung erhält einen wendelförmigen/spiralförmigen Verlauf, um die axiale Länge zu vergrößern.
    • Um die Gaszuführleitung wird ein gekühlter Bereich angeordnet, so dass etwaig eindringende Metallschmelze schneller einfriert (erstarrt, englisch: solidifies).
  • Der Abschnitt der Vertiefung, der den ersten Abschnitt der Verbindung zum Gasanschlusselement bildet, kann in-situ im keramischen Material ausgebildet werden (also aus Keramik bestehen) und/oder ein eigenständiges (diskretes) Bauteil sein. Zum Beispiel bei der Schraubverbindung kann die Vertiefung wandseitig einen in der Keramik ausgeformten Gewindeabschnitt aufweisen; ebenso kann eine Hülse oder Mutter mit einem entsprechenden Innengewinde in die Vertiefung eingesetzt und/und dort eingeklebt werden.
  • Weitere Ausführungsformen sehen folgende Merkmale vor:
    • mindestens ein gasdurchlässiger Teil des feuerfesten keramischen Körpers verläuft von einem innenliegenden Ende der Vertiefung aus.
    • der gasdurchlässige Teil des feuerfesten keramischen Körpers, der dem innenliegenden Ende der Vertiefung benachbart ist, kann zumindest teilweise eine Metallabdeckung aufweisen. Mit anderen Worten: ein im keramischen Körper ausgebildeter gasdurchlässiger keramischer Abschnitt weist zumindest abschnittweise einen Metallboden und/oder eine Metallumhüllung auf, natürlich mit mindestens einer Öffnung zur Einleitung des Behandlungsgases von der Gasanschlussleitung und/oder einer Gasverteilkammer. Das gasauslassseitige Ende des gasdurchlässigen Abschnitts ist ebenfalls offen. Diese Ausbildung verhindert etwaigen Gasverlust und erleichtert die Herstellung.
    • Der Spüler kann insbesondere umfangsseitig und/oder bodenseitig radial zur Vertiefung aus gasdichter Keramik ausgebildet werden. Mit anderen Worten: der gasdurchlässige Teil ist von einem gasundurchlässigen Teil zumindest abschnittweise eingefasst.
    • Der Gasspüler kann mehrere gasdurchlässige Abschnitte mit unterschiedlicher Konstruktion nebeneinander (radial zur Gasströmung) und/oder hintereinander (in Richtung der Gasströmung) aufweisen.
  • Das Gasspül-Element kann aber muss nicht mit einem äußeren Metallmantel ausgebildet werden. Der Metallmantel kann den ganzen Spüler umgeben (ausgenommen die obere Stirnfläche und den Bereich der Vertiefung am kalten Ende), nur das untere Ende des feuerfesten keramischen Körpers oder nur die untere Stirnfläche des feuerfesten keramischen Körpers (wiederum ohne den Bereich der Vertiefung).
  • Das Gasspül-Element kann so ausgebildet werden, dass keine Teile/Elemente über die untere Stirnfläche vorstehen. Mit anderen Worten: Der Gasspüler ist am kalten Ende "flach". Die untere Stirnfläche bildet den Abschluss des kalten Endes des Spülelements. Jede Art von Verschlussteilen, Befestigungselementen, Lagern oder dergleichen, die über den Boden nach außen vorstehen, kann erfindungsgemäß entfallen.
  • Neben dem keramischen Gasspül-Element betrifft die Erfindung auch ein zugehöriges Gasanschluss-Element mit folgenden Merkmalen:
    • mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei
    • das zweite Ende, korrespondierend zum ersten Abschnitt der Vertiefung des Gasspül-Elements, als komplementärer zweiter Abschnitt der lösbaren, formschlüssigen Verbindung mit dem Gasspül-Element ausgebildet ist.
  • Das zweite Ende bildet also zum Beispiel ein Gegengewinde für einen gewindeartigen Abschnitt der Vertiefung des Gasspül-Elementes oder einen Abschnitt eines Bajonettverschlusses.
  • Das erste Ende des Gasanschluss-Elements kann zum Anschluss an eine (weitere) Gaszuführleitung ausgebildet oder direkt an eine Gasquelle angeschlossen werden.
  • Das Gasspülelement kann aus Metall und/oder einem anderen Material bestehen, das bei den Temperaturen stabil ist, die bei der Anwendung des Gasspülements an einem metallurgischen Gefäß an dessen "kaltem Ende" herrschen.
  • Allgemein ausgedrückt bilden die Vertiefung im Gasspül-Element und das korrespondierende Ende des Gasanschluss-Elements einen Stecker (male part) beziehungsweise eine Dose (female part) einer zugehörigen formschlüssigen Verbindung.
  • Die Vertiefung kann auch nach Art eines Adapters ausgebildet sein, mit dessen Hilfe das Gasanschluss-Element im Gasspülelement befestigt wird.
  • Die Verbindung ermöglicht es, benachbarte Abschnitte (des Gaszuführsystems und des Spülelements) in Strömungsrichtung des Gases auf einfache Weise miteinander zu verbinden. Dabei dient die Verbindung auch dazu, eine weitestgehend gasdichte Verbindung zu schaffen. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass korrespondierende Abschnitte der Verbindung korrespondierend konisch/kegelstumpfförmig ausgebildet sind und miteinander verbunden werden.
  • Optional kann ein zusätzliches Sicherungselement die benachbarten Abschnitte in der Verbindungsposition mechanisch sichern/fixieren.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen - jeweils in stark schematisierter Darstellung -
    • Figur 1:
    Einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gasspül-Element und ein zugehöriges Gasanschlusselement.
    Figur 2:
    Eine Darstellung wie Figur 1 für eine zweite Ausführungsform.
    Figur 3:
    Eine Darstellung wie Figur 1 für eine dritte Ausführungsform.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.
  • Das Bezugszeichen 10 beschreibt einen kegelstumpfförmigen Gasspülstein, von dem nur das untere Ende dargestellt ist. Von einem flachen Boden 12 verläuft ein Metallzylinder 14 mit Innengewinde 16 in einen gasdichten keramischen Außenteil 18 des Gasspülsteins 10.
  • Das Innengewinde 16 begrenzt also einen zylinderförmigen Hohlraum (Vertiefung 20), in den ein zugehöriges Gasanschlusselement 50 (eine Gasleitung) eingesetzt werden kann. Dazu ist die Gasleitung 50 an ihrem in Figur 1 dargestellten oberen, zweiten Ende 52 mit einem korrespondierenden Außengewinde 54 ausgebildet.
  • Auf der oberen, ringförmigen Stirnfläche 14s des Zylinders 14 ist eine ringförmige Metallplatte 22 befestigt (aufgeschweißt), die korrespondierend zum Hohlraum 20 eine mittlere Öffnung 24 aufweist und von der randseitig eine zylinderförmige Wand 26 in Richtung auf ein oberes, nicht dargestelltes Ende des Gasspül-Elementes absteht, so dass sich für die Teile 22, 26 eine topfartige Geometrie mit einem Loch im Boden ergibt.
  • Dieser "Topf" dient zur Aufnahme eines unteren Endes 28 eines gasdurchlässigen keramischen Teils 30. Dieses Teil 30 ist bodenseitig mit einem mittleren Rücksprung 32 ausgebildet, liegt also nur randseitig auf dem Blech 22 auf und grenzt umfangsseitig im unteren Abschnitt gegen die Wand 26 und in dem Abschnitt darüber an den gasundurchlässigen Teil 18 des Gasspül-Elementes 10.
  • Durch den Rücksprung 32 wird eine Gasverteilkammer zwischen dem gasdurchlässigen Teil 30 und dem Blech 22 ausgebildet.
  • Ein Gasanschluss wird dadurch geschaffen, indem das Gasanschluss-Element 50 an eine Gasquelle angeschlossen und mit seinem Gewinde 54 auf das Gewinde 16 des Gasspül-Elementes 10 eingeschraubt wird.
  • Danach kann unmittelbar der Gasspülvorgang beginnen. Gas strömt dann durch das Gasanschluss-Element 50 (Pfeilrichtung G) und damit durch den Hohlraum 20 in die Gasverteilkammer (die durch den Rücksprung 32 gebildet wird) und weiter durch die offene Porosität des gasdurchlässigen Abschnitts 30 (Pfeil G) bis das Gas das Gasspül-Element 10 über dessen (nicht dargestellte) obere Stirnfläche verlässt und in eine korrespondierende Metallschmelze gelangt.
  • Der dargestellte Gasspülstein hat einen flachen Boden 12. Nach außen (in der dargestellten Funktionsposition: nach unten) stehen beim Transport und beim Einbau des Gasspül-Elementes 10 keine Teile vor. Dies stellt ein wesentliches Merkmal des Gasspül-Elementes dar und erleichtert die Montage/Anschluss einer Gasleitung (eines Gasanschluss-Elementes) nach dem Einbau des Gasspül-Elementes in einen Boden oder eine Wand eines metallurgischen Schmelzgefäßes.
  • Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 2 und 3 unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch die Verbindungstechnik von Gasspül-Element 10 und Gasanschluss-Element 50.
  • Bei der Variante nach Figur 2 ist diese Verbindung als sogenannte Schnellkupplung gestaltet. Dazu ist ein "männlicher Teil" 16' im Hohlraum 20 angeordnet. Der Teil 16' ist am Boden 22 befestigt und ragt nach unten in den Hohlraum 20 hinein und zwar etwa bis zum Boden 12 des Gasspül-Elementes 10. Der Teil 16' hat etwa eine Zylinderform mit einem verjüngten ringförmigen Abschnitt 17.
  • Korrespondierend dazu ist an Stelle des Außengewindes 54 ein "weiblicher Teil" 54' der Schnellkupplung ausgebildet, wobei dieser Teil 54' topfartig ist und eine ringförmige Einschnürung 55 aufweist, die korrespondierend zu dem verjüngten Abschnitt 17 des Teils 16' gestaltet ist, so dass beim Aufschieben des Teils 54' auf den Teil 16' die ringförmige Einschnürung 55 in den verjüngten Abschnitt 17 einfedern kann, wozu der Teil 54' mit einer gewissen Elastizität ausgebildet ist.
  • Da eine Schnellkupplung als solche, für andere Anwendungszwecke, Stand der Technik ist wird sie hier nicht näher dargestellt.
  • Selbstverständlich ist, dass die Dimensionierung des Hohlraums 20 ausreichend groß sein muss, um den Teil 54 aufzunehmen und vorzugsweise so groß ist, dass der Teil 54' mit seiner zylindrischen Außenfläche fluchtend an der zylindrischen Außenwand des Hohlraums 20 im Montagezustand anliegt.
  • Zu erwähnen ist noch, dass beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 der Boden des Gasspül-Elementes ein Blechboden ist.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ähnelt dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2. Das Gasspül-Element 10 und das Gasanschluss-Element 50 werden jedoch nicht über eine Schnellkupplung miteinander verbunden, sondern über eine Art Bajonettverschluss.
  • Dazu weist der Teil 16" eine L-förmige Vertiefung in seiner Umfangswand auf, die dazu dient, einen Stift 55' aufzunehmen, der senkrecht (englisch: perpendicular) von der Innenwand des Teils 54" absteht.
  • Zum Verbinden von Gasspül-Element 10 und Gasanschluss-Element 50 wird das zweite Ende des Gasanschluss-Elementes 50 axial auf den Teil 16" aufgeschoben, wobei der Stift 55' zunächst entlang des axial verlaufenden Abschnitts der L-förmigen Vertiefung verläuft. Anschließend wird das Gasanschluss-Element 50 relativ zum Teil 16" gedreht, so dass der Stift 55' in den horizontalen Abschnitt der L-förmigen Nut gelangt und gegen axiales Lösen gesichert wird.
  • Das Gasspül-Element 10 nach Figur 3 weist außerdem einen umfangsseitigen Blechmantel 40 auf, der gasdicht mit einem Bodenblech 12 verbunden ist, welches lediglich im Bereich des Zylinders 14 unterbrochen ist.

Claims (13)

  1. Gasspül-Element (10) für metallurgische Anwendungen mit folgenden Merkmalen im Einbauzustand:
    a) einem keramischen feuerfesten Körper (10, 30) mit einem unteren Ende und einem oberen Ende,
    b) das obere Ende weist eine obere Stirnfläche auf,
    c) das untere Ende weist eine untere Stirnfläche (12) auf
    d) von der unteren Stirnfläche (12) erstreckt sich eine Vertiefung (20) in das untere Ende des keramischen feuerfesten Körpers (10)
    e) die Vertiefung (20) ist mit einem ersten Abschnitt (16, 16', 16") einer lösbaren, formschlüssigen Verbindung mit einem Gasanschluss-Element (50) ausgebildet,
    f) zwischen der Vertiefung (20) und der oberen Stirnfläche besteht eine strömungstechnische Verbindung für ein Behandlungsgas durch mindestens einen gasdurchlässigen Teil (30) des keramischen feuerfesten Körpers (10, 30).
  2. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefung (20) als ein Abschnitt (16, 16', 16") einer Verbindung aus der Gruppe: Schraubverbindung, Bajonettverbindung, Druck-/Druck-Schnellverbindung, Druck-/Dreh-Schnellverbindung ausgebildet ist.
  3. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefung (20), ausgehend von der unteren Stirnfläche (12), eine der folgenden geometrischen Formen aufweist: Zylinder, Kegel, Kegelstumpf, Prisma.
  4. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem in der Vertiefung (20) oder strömungstechnisch im Anschluss an die Vertiefung (20), in Richtung auf die obere Stirnfläche, eine Gasverteilkammer (32) im keramischen feuerfesten Körper (30) ausgebildet ist.
  5. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem in der Vertiefung (20) oder strömungstechnisch im Anschluss an die Vertiefung (20), in Richtung auf die obere Stirnfläche, eine Durchbruchsicherung gegen eindringende Metallschmelze im keramischen Körper ausgebildet ist.
  6. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem der Abschnitt (14, 16, 16', 16") der Vertiefung (20) in situ im feuerfesten keramischen Körper (10, 30) ausgebildet ist.
  7. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem der Abschnitt (14, 16, 16', 16") der Vertiefung (20) ein diskretes Bauteil ist.
  8. Gasspül-Element nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein gasdurchlässiger Teil (30) des feuerfesten keramischen Körpers (10, 30) von einem innenliegenden Ende der Vertiefung (20) aus verläuft.
  9. Gasspül-Element nach Anspruch 8, bei dem der dem innenliegenden Ende der Vertiefung (20) benachbarte gasdurchlässige Teil (30) des feuerfesten keramischen Körpers (10, 30) teilweise eine Metallabdeckung (22) aufweist.
  10. Gasspül-Element nach Anspruch 1 mit einem äußeren Metallmantel (40), der umfangsseitig das untere Ende des feuerfesten keramischen Körpers (10, 30), die untere Stirnfläche (12) des feuerfesten keramischen Körpers (10, 30) oder beide bedeckt.
  11. Gasspül-Element nach Anspruch 1, ohne über die untere Stirnfläche (12) vorstehende Elemente.
  12. Gasanschluss-Element (50) für ein Gasspül-Element nach einem der Ansprüche 1-11, mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende (52), wobei das zweite Ende (52), korrespondierend zum ersten Abschnitt (14, 16, 16', 16") der Vertiefung (20) des Gasspül-Elements (10), als komplementärer zweiter Abschnitt (52) der lösbaren, formschlüssigen Verbindung mit dem Gasspül-Element (10) ausgebildet ist.
  13. Gasanschluss-Element (50) nach Anspruch 12, bei dem das erste Ende zum Anschluss an eine Gasquelle ausgebildet ist.
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