EP3023173A1 - Befestigungsvorrichtung für einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper und feuerfester keramischer Gasspülstein mit einer solchen Befestigungsvorrichtung - Google Patents

Befestigungsvorrichtung für einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper und feuerfester keramischer Gasspülstein mit einer solchen Befestigungsvorrichtung Download PDF

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EP3023173A1
EP3023173A1 EP14186888.5A EP14186888A EP3023173A1 EP 3023173 A1 EP3023173 A1 EP 3023173A1 EP 14186888 A EP14186888 A EP 14186888A EP 3023173 A1 EP3023173 A1 EP 3023173A1
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EP
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fastening device
wall
opening
groove
gas purging
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EP3023173B1 (de
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Bojan Zivanovic
Handle Bernhard
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    • 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
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/167—Introducing a fluid jet or current into the charge the fluid being a neutral gas

Definitions

  • the invention relates to a fastening device for a cylindrical ceramic hollow body, as used for example in refractory ceramic Gas Stausteinen to allow a so-called directed porosity in the gas purging plug.
  • the gas purging plug is installed in the bottom or wall of a metallurgical vessel to treat a molten metal with a gas that is injected into the molten metal via the gas purging plug.
  • a gas purging plug with directed porosity is characterized in that a treatment gas is transported along a defined, usually linear flow path from a first end, the so-called cold end of the gas purging plug, to a second, so-called hot end of the gas purging plug.
  • the hot end is the end that is in contact with the molten metal.
  • the directional porosity can be formed either by slots or bores in a refractory matrix material. This technique is especially for larger Gashuntettin difficult, which is why cylindrical ceramic hollow body (hereinafter also called Spülrschreibchen) have been developed, which are surrounded with a dense refractory matrix material.
  • Spülrschreibchen cylindrical ceramic hollow body
  • These cylindrical ceramic bodies consist of a dense, temperature-resistant ceramic material (for example based on aluminum oxide and / or zirconium dioxide) and have one or more axially extending flow channels (channels for passing the gas).
  • the invention is so far the object of the invention to provide a fastening device of the type mentioned, which allows independent of the treatment gas a secure and defined fixation of the Spülrschreibchen.
  • the sensitive ceramic rinsing tubes (cylindrical hollow bodies) can be pressed reliably and permanently into a fastening device if some design features are taken into account.
  • Spülrschreibchen, opening and groove have a rotationally symmetric geometry.
  • the cross-section (in particular the diameter at round geometries) of the opening in the bottom of the fastening device is equal to or slightly larger than the cross-section (the outer diameter) of the Spülrschreibchens.
  • the inner wall of the groove is in the best case aligned with the outer wall of the opening or forms an upper portion of the opening.
  • the (annular) groove itself may have a rectangular cross section in the radial direction. Nevertheless, due to the conical cross-section of the wall of the annular compact, it becomes possible to deform the inner wall of the groove in the direction of the rinsing tube when the compact is hammered into the groove from above. Due to the rotationally symmetric geometry, the distribution of forces over the circumference is uniform. Voltage peaks are avoided.
  • the annular groove in the bottom can also have an upwardly increasing cross-section towards the open end, viewed in each case in the radial direction of the groove.
  • the inner wall of the groove has a wall thickness which tapers towards the free end.
  • quasi kinematic reversal also an annular compact having a uniform wall thickness can be used, provided that it is greater than the width of the groove in the vertically lower portion.
  • the shape of the compact is to be chosen so that it can dive in the unloaded state over a small distance in the groove (to position groove and compact to each other), before the compact is then pressed in the axial direction of the fastening device further into the groove and the inner wall of the groove, possibly also the outer wall of the groove, deformed.
  • the deformability of the inner wall of the groove ie the wall which delimits the groove in the direction of the bottom opening of the housing) becomes greater when this inner wall has on its inner surface and / or outer surface one or more recesses or recesses, for example in the form of circumferential grooves.
  • the simultaneous deformation of the outer wall of the groove has the advantage that an additional fixation relative to the main body of the fastening device is possible, which is particularly important if the annular groove extends in a discrete (independent) component, which forms an upper portion of the bottom and is arranged largely free of play in the room. "Completely free of play” means that the component can easily be introduced into the room during the production of the fastening device, as soon as it has reached its final position but also retains it.
  • this outer wall of the groove may be formed on its inner surface and / or outer surface (the outer surface is located on the main body) with recesses. as described above for the inner wall.
  • the depression (s) may, for example, have a sawtooth-like profile, which is characterized inter alia in that at least one wall of the depression extends at an angle not equal to 90 ° to the surface of the respective body.
  • the entire discrete component may consist of a plastically deformable under pressure material.
  • the compact itself can be made of a plastically deformable under pressure material.
  • the ceramic material (for example, based on aluminum oxide) of the hollow body usually has a compressive strength in the range 2000 to 3000 MPa.
  • the deformable material of the sealing walls includes, for example, materials based on copper, copper-tin, copper-tin-zinc, copper-zinc, copper-aluminum, copper Lead, copper-nickel, copper-nickel-zinc, aluminum etc. Typical tensile strength values of these materials are below 600MPa, often ⁇ 500Mpa, ⁇ 400MPa or ⁇ 300MPa.
  • the axial length of the attachment of the rinsing tubes in the fastening device can be different, the longer, the better.
  • Several fastening devices can axially behind each other and / or be assembled (placed) at the same axial height next to each other within a refractory matrix material of a gas purging element.
  • the fastening device has a lid which can be fastened to the base body.
  • the lid has a lid opening which is concentric with the opening in the bottom of the body.
  • the flushing tube is thus guided at least at two points which are at a distance from each other, namely in the region of the opening in the lid and in the region of the opening in the bottom of the base body.
  • This guide for the Spülrschreibchen can be optimized if the lid has an extension which projects into the space of the body and this extension comprises an axial continuation of the lid opening. This makes it possible to stabilize the Spülrschreibchen also cover side over a certain axial length.
  • the axially extending extension of the lid is designed so that it lies positively in the body. This creates a kind of "pipe in the pipe fixation".
  • the lid can be bolted to the base body, for example.
  • the thread may extend on the extension and cooperate with an internal thread on the inside of the body, as shown in the following figure.
  • the extension extends to the bottom of the base body (when assembled), a continuous axial guidance is created for the flushing tube.
  • One end of the gas purging tube protrudes into the opening at the bottom (Gas is supplied via this opening, usually from a gas distribution chamber of the gas purging element) and a substantial part of the purging tube protrudes above the fastening device and then passes through the ceramic matrix material of the rinser to the gas outlet end.
  • the fastening device can be easily attached to a metal ceiling of the gas distribution chamber, for example by welding.
  • the fastening devices are guided in corresponding openings of the metal ceiling and then welded there.
  • gas purging device has a Gaszu Glassrohr GZ, which opens into a gas distribution chamber GV at the lower (cold) end of the gas purging plug.
  • the gas distribution chamber GV is bounded by a metal sheet MB.
  • the metal sheet MB has a plurality of openings DB, of which in FIG. 1 four are recognizable.
  • each aperture DB protrudes a lower end 12E of a fastening device 10, as described in more detail below.
  • a cylindrical ceramic hollow body also called Spülrschreibchen SR.
  • Each rinse tube SR is located with a lower end in the region of the openings DB and extends in the axial direction through a matrix material MM of the gas purging plug to its end face ST, wherein the Stirntläche ST rests in the functional state of the gas purging plug against a molten metal MS.
  • a treatment gas is accordingly introduced via the gas supply pipe GZ, then flows through the gas distribution chamber GV and the openings DB in the purge tubes SR before it leaves the purge tubes SR on the end face ST and flows into the molten metal MS.
  • this gas purging plug can be referred to as a gas purging plug with directed porosity, although the matrix material MM is largely gas-tight.
  • FIG. 2 shows a fastening device 10 in cooperation with the metal sheet MB, so the ceiling of the gas distribution chamber GV.
  • the fastening device 10 consists of a base body 12, which defines with its bottom 12B and a peripheral wall 12W a cylindrical space 12R with a corresponding central longitudinal axis M.
  • the bottom 12B has an opening 120, whose longitudinal axis L is aligned with the central longitudinal axis M.
  • a discrete component 14 On the bottom 12B is a discrete component 14, which has a substantially cup shape.
  • the component 14 has a bottom 14B, which rests on the bottom 12B of the base 12 and thus forms an upper portion of the bottom.
  • the component 14 also has an inner wall 14I and an outer wall 14A. Between inner wall 14I and outer wall 14A, a groove 14N is formed, which has a substantially rectangular cross-section in the unloaded state (not shown).
  • An inner surface 14II of the inner wall 141 and an outer surface 14AA of the outer wall 14A of the component 14 are characterized by a plurality of annular grooves 14R which are serrated with each other (in the axial direction LM).
  • the fastening device according to FIG. 2 is shown in a state in which an associated rinse tube SR is already fixed, by means of an annular compact 16.
  • the compact 16 is characterized in that its radial wall cross-section increases from a lower free end 16U upward so that the inner wall 14I of the groove 14N or the component 14 deforms when the pressing body 16 is pressed into the groove 14N.
  • the annular inner wall 14I which delimits the groove 14N on the inside, has deformed radially inwards after impact of the compact 16 and thereby against the outer wall of the Spülrschreibchen SR, namely flat, and this in the fastening device 10 safe and gas-tight fixed.
  • the component 14 is made of brass, while the base body 12 is a steel body. Under the pressure of the compact 14, not only the inner wall 14I of the body 14 has deformed and has become a kind of seal for the purge tube SR; at the same time, the outer wall 14A of the component 14 also became pressed radially outward and thus clamped the component 14 in the base body 12.
  • the stamping (impressing) of the press ram / compact 14 takes place in this embodiment by means of a cover 18 which, while maintaining a head 18K, has an axially extending extension 18V with an external thread 18A which cooperates with a corresponding internal thread 12I of the main body.
  • Head 18K and extension 18V have a through bore 180 which serves to position the purge tube SR without play.
  • the bore 180 thus extends substantially concentrically / in alignment with the opening 120 and to the free space bounded by the inner wall 141.
  • the fixing of the fastening device 10 on the metal sheet MB is carried out either by welding (weld V) in the opening DB or by forming corresponding inner-external thread of the opening DB and outer surface of the lower, tapered end 12E of the body 12th

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper, wie er beispielsweise in feuerfesten keramischen Gasspülsteinen benutzt wird, um eine sogenannte gerichtete Porosität im Gasspülstein zu ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper, wie er beispielsweise in feuerfesten keramischen Gasspülsteinen benutzt wird, um eine sogenannte gerichtete Porosität im Gasspülstein zu ermöglichen.
  • Der Gasspülstein wird im Boden oder der Wand eines metallurgischen Gefäßes eingebaut, um eine Metallschmelze mit einem Gas zu behandeln, das über den Gasspülstein in die Metallschmelze eingedüst wird.
  • Ein Gasspülstein mit gerichteter Porosität zeichnet sich dadurch aus, dass ein Behandlungsgas entlang eines definierten, meist linearen Strömungsweges von einem ersten Ende, dem sogenannten kalten Ende des Gasspülsteins, zu einem zweiten, sogenannten heißen Ende des Gasspülsteins transportiert wird. Das heiße Ende ist das Ende, welches in Kontakt mit der Metallschmelze ist.
  • Die gerichtete Porosität kann entweder durch Schlitze oder Bohrungen in einem feuerfesten Matrixmaterial ausgebildet werden. Diese Technik ist insbesondere bei größeren Gasspülelementen schwierig, weshalb zylinderförmige keramische Hohlkörper (nachstehend auch Spülröhrchen genannt) entwickelt wurden, die mit einem dichten feuerfesten Matrixmaterial umgeben sind.
  • Diese zylinderförmigen keramischen Körper bestehen aus einem dichten, temperaturbeständigen keramischen Werkstoff (beispielsweise auf Basis Aluminiumoxid und/oder Zirkondioxid) und weisen ein- oder mehrere axial verlaufende Strömungskanäle (Kanäle zum Durchleiten des Gases) auf.
  • Diese "Spülröhrchen" müssen präzise und möglichst gasdicht im Gasspülstein befestigt werden. Dazu sind verschiedene Befestigungsvorrichtungen bekannt, in die die Spülröhrchen eingespannt werden. Um eine spielfreie Befestigung (englisch: fixation free of play) zu erreichen werden verformbare Kohlenstoff-Dichtungen verwendet.
  • Diese Kohlenstoff-Dichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie zerstört werden (verbrennen), wenn sie bei den hohen Anwendungstemperaturen mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Berührung kommen.
  • Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsvorrichtung der genannten Art anzubieten, die unabhängig vom Behandlungsgas eine sichere und definierte Fixierung der Spülröhrchen erlaubt.
  • Bei der Suche nach einer Lösung für dieses Problem wurden folgende Überlegungen angestellt:
    • die Befestigung als solche innerhalb des Gasspülsteins und insbesondere innerhalb des feuerfesten Matrixmaterials muss fest und definiert sein,
    • die Fixierung der Spülröhrchen innerhalb der Befestigungsvorrichtung muss berücksichtigen, dass die Spülröhrchen spröde keramische Körper sind, die sich nicht verformen lassen,
    • die Materialien für die Befestigungsvorrichtung müssen zwar nicht hochtemperaturbeständig sein, da die Befestigungsvorrichtung am sogenannten kalten Ende des Gasspülsteins eingebaut wird; gleichwohl müssen die verwendeten Werkstoffe auch bei Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius, die dort herrschen können, ihre Funktion erfüllen,
    • bei Gasspülsteinen mit gerichteter Porosität ist es üblich, das Gas über eine sogenannte Gasverteilkammer auf die einzelnen Spülröhrchen/Spülkanäle zu verteilen, um die Gaszuführung zu vereinfachen. Insoweit muss daran gedacht werden, dass die Befestigungsvorrichtung zuverlässig an oder in der Gasverteilkammer anschließbar ist.
  • Überraschend wurde gefunden, dass die empfindlichen keramischen Spülröhrchen (zylinderförmige Hohlkörper) sicher und dauerhaft in einer Befestigungsvorrichtung verpresst werden können, wenn dabei einige konstruktive Merkmale berücksichtigt werden.
  • In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach eine Befestigungsvorrichtung für einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper mit folgenden Merkmalen in seiner Funktionsposition:
    1. a) einem Grundkörper, der mit seinem Boden und einer umlaufenden Wand einen zylinderförmigen Raum mit einer korrespondierenden Mittenlängsachse (M) definiert,
    2. b) der Boden weist eine Öffnung auf, deren Längsachse (L) mit der Mittenlängsachse (M) fluchtet,
    3. c) der Boden weist eine ringförmige Nut auf, die sich konzentrisch um die Öffnung herum erstreckt,
    4. d) zumindest die der Öffnung benachbarte Innenwand der Nut besteht aus einem unter Druck plastisch verformbaren Material,
    5. e) einem ringförmigen Presskörper, dessen radialer Wandquerschnitt sich von einem unteren freien Ende nach oben hin vergrößert, so dass die Innenwand der Nut, nachdem der Presskörper in die Nut gepresst wurde, sich plastisch verformt und den Querschnitt der Öffnung verkleinert.
  • Indem die Innenwand nach innen (in den Öffnungsquerschnitt hinein) beim Einsetzen des Presskörpers verformt wird entsteht gleichzeitig die gewünschte Fixierung des zylinderförmigen keramischen Körpers (des Spülröhrchens), welches zuvor in die Befestigungsvorrichtung, einschließlich der genannten Öffnung, eingesetzt wurde.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass die flächige Verformung des Innenwand der Nut mehrere Aufgaben gleichzeitig erfüllt, nämlich:
    • eine Fixierung des Spülröhrchens,
    • eine Positionierung des Spülröhrchens,
    • eine Abdichtung zwischen Spülröhrchen und Befestigungsvorrichtung
    • einen Schutz vor Korrosion, sofern das plastisch verformbare Material der Nutwand aus einer Gruppe ausgewählt wird, die auch unter Zufuhr von Sauerstoff nicht abbrennt.
  • Im Sinne einer bestmöglichen Positionierung, Fixierung und Abdichtung der Spülröhrchen in der Befestigungsvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn Spülröhrchen, Öffnung und Nut eine rotationssymmetrische Geometrie aufweisen.
  • Der Querschnitt (insbesondere der Durchmesser bei runden Geometrien) der Öffnung im Boden der Befestigungsvorrichtung ist dabei gleich oder geringfügig größer als der Querschnitt (der Außendurchmesser) des Spülröhrchens. Dies gilt analog für den Innenquerschnitt (Innendurchmesser) der Innenwand der Nut. Mit anderen Worten: Die innere Wand der Nut verläuft im besten Fall fluchtend zur äußeren Wand der Öffnung beziehungsweise bildet einen oberen Abschnitt der Öffnung. Dadurch wie die axiale Länge der Öffnung vergrößert, wodurch das in der Öffnung platzierte Spülröhrchen besser geführt und fixiert werden kann.
  • Die (ringförmige) Nut selber kann in Radialrichtung einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Durch den konischen Querschnitt der Wand des ringförmigen Presskörpers wird es trotzdem möglich, die Innenwand der Nut in Richtung auf das Spülröhrchen zu verformen, wenn der Presskörper von oben in die Nut eingeschlagen wird. Aufgrund der rotationssymmetrischen Geometrie ist die Kräfteverteilung über den Umfang gleichmäßig. Spannungsspitzen werden vermieden.
  • Ebenso kann aber auch die ringförmige Nut im Boden einen nach oben, zum offenen Ende hin größer werdenden Querschnitt aufweisen, jeweils in Radialrichtung der Nut betrachtet. Mit anderen Worten: Die Innenwand der Nut weist eine Wandstärke auf, die sich zum freien Ende hin verjüngt. In diesem Fall kann quasi in kinematischer Umkehr - auch ein ringförmiger Presskörper mit gleichmäßiger Wandstärke verwendet werden, sofern diese größer ist als die Breite der Nut im vertikal unteren Abschnitt.
  • In allen Fällen ist die Form des Presskörpers so zu wählen, dass er im unbelasteten Zustand über eine kleine Strecke in die Nut eintauchen kann (um Nut und Presskörper zueinander zu positionieren), bevor der Presskörper dann in Axialrichtung der Befestigungsvorrichtung weiter in die Nut eingepresst wird und die Innenwand der Nut, gegebenenfalls auch die Außenwand der Nut, verformt. Die Verformbarkeit der Innenwand der Nut (also der Wand, die die Nut in Richtung auf die Bodenöffnung des Gehäuses begrenzt), wird größer, wenn diese Innenwand auf ihrer Innenfläche und/oder Außenfläche eine oder mehrere Vertiefungen oder Aussparungen aufweist, beispielsweise in Form von umlaufenden Rillen.
  • Die gleichzeitige Verformung der Außenwand der Nut hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Fixierung gegenüber dem Grundkörper der Befestigungsvorrichtung möglich wird, was insbesondere dann wichtig ist, wenn die ringförmige Nut in einem diskreten (eigenständigen) Bauteil verläuft, welches einen oberen Abschnitt des Bodens bildet und weitgehend spielfrei im Raum angeordnet ist. "Weitgehend spielfrei" bedeutet, dass das Bauteil zwar bei der Herstellung der Befestigungsvorrichtung leicht in den Raum eingeführt werden kann, sobald es seine Endposition erreicht hat diese aber auch behält. Auch diese Außenwand der Nut kann auf ihrer Innenfläche und/oder Außenfläche (die Außenfläche liegt am Grundkörper) mit Vertiefungen ausgebildet sein. wie sie vorstehend für die Innenwand beschrieben wurden.
  • Aufgrund dieser Vertiefung(en) wird die gewünschte Verformung und damit die Klemm- und Dichtwirkung des Presskörpers im Gegenstück (gegenüber den Wänden der Nut) optimiert.
  • Die Vertiefung(en) können beispielsweise ein sägezahnartiges Profil aufweisen, welches unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Wand der Vertiefung in einem Winkel ungleich 90° zur Oberfläche des jeweiligen Körpers verläuft.
  • Ein Ausführungsbeispiel dazu ist in einem der folgenden Ausführungsbeispiele dargestellt.
  • Insoweit kann das gesamte diskrete Bauteil aus einem unter Druck plastisch verformbaren Material bestehen.
  • Auch der Presskörper selbst kann aus einem unter Druck plastisch verformbaren Material hergestellt werden.
  • Das plastisch verformbare Material wird wie folgt näher gekennzeichnet:
    • Grundsätzlich kommt jedes Material in Frage, das neben einer ausreichenden Basisfestigkeit eine höhere Verformbarkeit (unter Last) als das keramische Material des Spülröhrchens hat. Grundsätzlich könnte deshalb beispielsweise Roheisen verwendet werden. Eine sinnvolle Auswahl kann über die Festigkeit (in MPa) der Werkstoffe erfolgen. Bei keramischen Werkstoffen wird die Druckfestigkeit gemäß ÖNORM EN 993-5:1998 bestimmt. Bei den verformbaren, insbesondere metallischen Werkstoffen wird die Zugfestigkeit gemäß DIN EN ISO 6892-1:2009 ermittelt.
  • Das keramische Material (zum Beispiel auf Basis Aluminiumoxid) der Hohlkörper hat meist eine Druckfestigkeit im Bereich 2000 bis 3000 MPa. Das verformbare Material der Dichtungswände (insbesondere der Wand auf der Innenseite der Nut oder des gesamten diskreten Bauteils mit Nut) umfasst beispielsweise Werkstoffe auf Basis von Kupfer, Kupfer-Zinn, Kupfer-Zinn-Zink, Kupfer-Zink, Kupfer-Aluminium, Kupfer-Blei, Kupfer-Nickel, Kupfer-Nickel-Zink, Aluminium etc. Typische Zugfestigkeitswerte dieser Werkstoffe liegen unter 600MPa, oft < 500Mpa, <400MPa oder <300MPa.
  • Die axiale Länge der Befestigung der Spülröhrchen in der Befestigungsvorrichtung kann unterschiedlich sein, je länger, umso besser. Mehrere Befestigungsvorrichtungen können axial hintereinander und/oder auf gleicher axialer Höhe nebeneinander innerhalb eines feuerfesten Matrixmaterials eines Gasspülelements konfektioniert (platziert) werden.
  • Nach einer Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung einen Deckel auf, der am Grundkörper befestigbar ist. Der Deckel weist eine Deckelöffnung auf, die konzentrisch zur Öffnung im Boden des Grundkörpers verläuft.
  • Bei dieser Ausführungsform wird das Spülröhrchen also mindestens an zwei Stellen geführt, die im Abstand zueinander stehen, nämlich im Bereich der Öffnung im Deckel und im Bereich der Öffnung im Boden des Grundkörpers.
  • Diese Führung für das Spülröhrchen kann optimiert werden, wenn der Deckel eine Verlängerung aufweist, die in den Raum des Grundkörpers ragt und diese Verlängerung eine axiale Fortsetzung der Deckelöffnung umfasst. Das erlaubt es, das Spülröhrchen auch deckelseitig über eine gewisse axiale Länge zu stabilisieren.
  • Vorzugsweise ist die axial verlaufende Verlängerung des Deckels so gestaltet, dass sie formschlüssig im Grundkörper liegt. Dabei entsteht eine Art "Rohr im Rohr-Fixierung".
  • Der Deckel kann beispielsweise am Grundkörper verschraubt werden. Das Gewinde kann an der Verlängerung verlaufen und mit einem Innengewinde auf der Innenseite des Grundkörpers zusammenwirken, wie in der folgenden Figur dargestellt.
  • Reicht die Verlängerung bis zum Boden des Grundkörpers (im montierten Zustand) wird eine durchgehende axiale Führung für das Spülröhrchen geschaffen. Ein Ende des Gasspülröhrchens ragt in die Öffnung am Boden (über diese Öffnung wird Gas, meist von einer Gasverteilkammer des Gasspülelements, zugeführt) und ein wesentlicher Teil des Spülröhrchens ragt oben über die Befestigungsvorrichtung hinaus und verläuft anschließend durch das keramische Matrixmaterial des Spülers bis zum gasauslassseitigen Ende.
  • Für das zugehörige Gasspülelement, welches ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist, ergeben sich daraus folgende Merkmale in einer Funktionsposition im Boden eines metallurgischen Gefäßes:
    • der Gasspülstein umfasst eine Gasverteilkammer am unteren Ende,
    • mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Befestigungsvorrichtungen der genannten Art sind im Bereich einer Decke der Gasverteilkammer angeordnet, wobei
    • jede Befestigungsvorrichtung einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper hält, der sich jeweils durch ein keramisches Grundmaterial des Gasspülsteins bis zu dessen oberer Stirnfläche erstreckt.
  • Wenn der Grundkörper der Befestigungsvorrichtung aus Metall besteht kann die Befestigungsvorrichtung leicht an einer Metalldecke der Gasverteilkammer befestigt werden, beispielsweise durch Schweißen. Dazu werden die Befestigungsvorrichtungen in korrespondierende Durchbrechungen der Metalldecke geführt und anschließend dort verschweißt.
  • Wichtig ist, dass über die Öffnungen im Boden der Befestigungsvorrichtungen eine Gaszufuhr von der Gasverteilkammer in die Spülröhrchen möglich ist.
  • 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 schematisierter Darstellung,
    • Figur 1:
    einen vertikalen Längsschnitt durch einen Gasspülsteins
    Figur 2:
    einen vertikalen Längsschnitt durch eine Befestigungsvorrichtung in Verbindung mit einer Gasverteilkammer eines Gasspülsteins.
  • In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich alle Angaben auf die Montage eines Gasspülsteins im Boden eines metallurgischen Gefäßes wie einer Pfanne (englisch: ladle), bei der ein Behandlungsgas das Gasspülelement in Axialrichtung von unten nach oben durchströmt.
  • Die in Figur 1 dargestellte Gasspüleinrichtung weist ein Gaszuführrohr GZ auf, das in eine Gasverteilkammer GV am unteren (kalten) Ende des Gasspülsteins einmündet.
  • Am oberen Ende ist die Gasverteilkammer GV von einem Metallblech MB begrenzt. Das Metallblech MB weist mehrere Durchbrechungen DB auf, von denen in Figur 1 vier erkennbar sind.
  • Durch jede Durchbrechung DB ragt ein unteres Ende 12E einer Befestigungsvorrichtung 10. wie sie nachstehend näher beschrieben wird. Durch jede Befestigungsvorrichtung 10 verläuft ein zylinderförmiger keramischer Hohlkörper, auch Spülröhrchen SR genannt. Jedes Spülröhrchen SR liegt mit einem unteren Ende im Bereich der Durchbrechungen DB ein und verläuft in Axialrichtung durch ein Matrixmaterial MM des Gasspülsteins bis zu dessen Stirnfläche ST, wobei die Stirntläche ST im Funktionszustand des Gasspülsteins gegen eine Metallschmelze MS anliegt.
  • Ein Behandlungsgas wird entsprechend über das Gaszuführrohr GZ eingeleitet, strömt dann durch die Gasverteilkammer GV und die Durchbrechungen DB in die Spülröhrchen SR, bevor es die Spülröhrchen SR über die Stirnfläche ST verlässt und in die Metallschmelze MS strömt.
  • Dadurch, dass das Gas mehr oder weniger in einer Richtung (axial) den Gasspülstein durchströmt kann dieser Gasspülstein als Gasspülstein mit gerichteter Porosität (englisch: directed porosity) bezeichnet werden, obwohl das Matrixmaterial MM weitgehend gasdicht ist.
  • Figur 2 zeigt eine Befestigungsvorrichtung 10 in Zusammenwirken mit dem Metallblech MB, also der Decke der Gasverteilkammer GV.
  • Die Befestigungsvorrichtung 10 besteht aus einem Grundkörper 12, der mit seinem Boden 12B und einer umlaufenden Wand 12W einen zylinderförmigen Raum 12R mit einer korrespondierenden Mittenlängsachse M definiert.
  • Der Boden 12B weist eine Öffnung 120 auf, deren Längsachse L mit der Mittenlängsachse M fluchtet.
  • Auf dem Boden 12B liegt ein diskretes Bauteil 14 auf, welches im Wesentlichen eine Topfform hat. Das Bauteil 14 weist eine Boden 14B auf, der auf dem Boden 12B des Grundkörpers 12 aufliegt und damit einen oberen Abschnitt des Bodens bildet. Das Bauteil 14 weist außerdem eine Innenwand 14I und eine Außenwand 14A auf. Zwischen Innenwand 14I und Außenwand 14A wird eine Nut 14N gebildet, die im unbelasteten Zustand (nicht dargestellt) im Wesentlichen einen Rechteckquerschnitt besitzt.
  • Eine Innenflächen 14II der Innenwand 141 und eine Außenfläche 14AA der Außenwand 14A des Bauteils 14 ist durch mehrere ringförmige Rillen 14R gekennzeichnet, die untereinander (in Axialrichtung LM) sägezahnartig verbunden sind.
  • Die Befestigungsvorrichtung gemäß Figur 2 ist in einem Zustand dargestellt, bei dem ein zugehöriges Spülröhrchen SR bereits fixiert ist, und zwar mithilfe eines ringförmigen Presskörpers 16. Der Presskörper 16 ist dadurch gekennzeichnet, dass sein radialer Wandquerschnitt sich von einem unteren freien Ende 16U nach oben hin vergrößert, sodass die Innenwand 14I der Nut 14N beziehungsweise des Bauteils 14 sich verformt, wenn der Presskörper 16 in die Nut 14N gepresst wird.
  • Mit anderen Worten: die ringförmige Innenwand 14I, die die Nut 14N innenseitig begrenzt, hat sich nach Einschlagen des Presskörpers 16 radial nach innen verformt und dabei gegen die Außenwand des Spülröhrchen SR angelegt, und zwar flächig, und dieses in der Befestigungsvorrichtung 10 sicher und gasdicht fixiert.
  • Um diese Verformung zu erreichen besteht das Bauteil 14 aus Messing, während der Grundkörper 12 ein Stahlkörper ist. Unter dem Druck des Presskörpers 14 hat sich nicht nur die Innenwand 14I des Körpers 14 verformt und ist quasi zu einer Dichtung für das Spülröhrchen SR geworden; gleichzeitig wurde auch die Außenwand 14A des Bauteils 14 radial nach außen gedrückt und damit das Bauteil 14 im Grundkörper 12 verspannt.
  • Das Einschlagen (Eindrücken) des Pressstempels/Presskörpers 14 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel mithilfe eines Deckels 18, der unterhalt eines Kopfes 18K eine axial verlaufende Verlängerung 18V mit einem Außengewinde 18A aufweist, welches mit einem korrespondierenden Innengewinde 12I des Grundkörpers zusammenwirkt.
  • Kopf 18K und Verlängerung 18V weisen eine durchgehende Bohrung 180 auf, die dazu dient, das Spülröhrchen SR spielfrei zu positionieren. Die Bohrung 180 verläuft also im Wesentlichen konzentrisch/fluchtend zur Öffnung 120 und zu dem Freiraum, der von der Innenwand 141 begrenzt wird..
  • Sobald die untere Stirnfläche 18U des Deckels 16 den Presskörper 14 erreicht hat, wird dieser weiter nach unten in die Nut 14N gedrückt, um die gewünschte Verformung, insbesondere der Innenwand 14I zu erreichen, bis die gewünschte Fixierung des Spülröhrchen SR erreicht ist.
  • Zwischen dem Deckelkopf 18K und dem korrespondierenden oberen Rand des Grundkörpers 12 wird dann nur noch ein kleiner Spalt S (aus Toleranzgründen) bestehen, wenn der Presskörper 16 maximal in die Nut 14N eingedrückt wurde.
  • Die Fixierung der Befestigungsvorrichtung 10 am Metallblech MB erfolgt entweder durch Verschweißen (Schweißnaht V) im Bereich der Durchbrechung DB oder durch Ausbildung korrespondierender Innen-Außengewinde von Durchbrechung DB und Außenfläche des unteren, verjüngten Endes 12E des Grundkörpers 12.

Claims (14)

  1. Befestigungsvorrichtung für einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper (SR) mit folgenden Merkmalen in seiner Funktionsposition:
    a) einem Grundkörper (12), der mit seinem Boden (12B) und einer umlaufenden Wand (12W) einen zylinderförmigen Raum (12R) mit einer korrespondierenden Mittenlängsachse (M) definiert,
    b) der Boden (12B) weist eine Öffnung (120) auf, deren Längsachse (L) mit der Mittenlängsachse (M) fluchtet,
    c) der Boden (12B) weist eine ringförmige Nut (14N) auf, die sich konzentrisch um die Öffnung (120) herum erstreckt,
    d) zumindest die der Öffnung (120) benachbarte Innenwand (14I) der Nut (14N) besteht aus einem unter Druck plastisch verformbaren Material,
    e) einem ringförmigen Presskörper (16), dessen radialer Wandquerschnitt sich von einem unteren freien Ende (16U) nach oben hin vergrößert, so dass die Innenwand (14I) der Nut (14N), nachdem der Presskörper (16) in die Nut (14N) gepresst wurde, sich plastisch verformt und dabei den Querschnitt der Öffnung (120) verkleinert.
  2. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ringförmige Nut (14N) im Boden (12B) in Radialrichtung einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
  3. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ringförmige Nut (14N) im Boden (12B) einen, in Radialrichtung sich nach oben, zum offenen Ende hin vergrößernden Querschnitt aufweist.
  4. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ringförmige Nut (14N) in einem diskreten Bauteil (14) verläuft, welches einen oberen Abschnitt des Bodens (12B) bildet und weitgehend spielfrei im Raum (12R) angeordnet ist.
  5. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das diskrete Bauteil (14) aus einem unter Druck plastisch verformbaren Material besteht.
  6. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Presskörper (16) aus einem unter Druck plastisch verformbaren Material besteht.
  7. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das plastisch verformbare Material ein Material aus der Gruppe ist, die folgende Materialen umfasst: Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung, Zinn, Zinnlegierung, Zink, Zinklegierung.
  8. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit mindestens einer umlaufenden Vertiefung (14R) auf mindestens einer der folgenden Flächen: Innenfläche (14II) der Innenwand (14I), Außenfläche (14AA) der Außenwand (14A).
  9. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vertiefung (14R) ein sägezahnartiges Profil hat.
  10. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Deckel (18), der am Grundkörper (12) befestigbar ist, und eine Deckelöffnung (180) aufweist, die konzentrisch zur Öffnung (12O) im Boden des Grundkörpers (12) verläuft.
  11. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Deckel (18) mit dem Grundkörper (12) verschraubbar ist.
  12. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Deckel (18) eine in den Raum (12R) formschlüssig einsetzbare Verlängerung (18V) aufweist, die eine axiale Bohrung (18B) aufweist, die konzentrisch zur Deckelöffnung (120) verläuft.
  13. Feuerfester keramischer Gasspülstein mit folgenden Merkmalen in einer Funktionsposition im Boden eines metallurgischen Gefäßes:
    a) einer Gasverteilkammer (GV) am unteren Ende
    b) mehreren, im Abstand zueinander angeordneten Befestigungsvorrichtungen (10) gemäß Anspruch 1 im Bereich einer Decke (MB) der Gasverteilkammer (GV), wobei
    c) jede Befestigungsvorrichtung (10) einen zylinderförmigen keramischen Hohlkörper (SR) hält. der sich jeweils durch ein keramisches Grundmaterial (MM) des Gasspülsteins bis zu dessen oberer Stirnfläche erstreckt.
  14. Gasspülstein nach Anspruch 13, bei dem die Decke (MB) der Gasverteilkammer (GV) aus Metall besteht und die Befestigungsvorrichtungen in Durchbrechungen (DB) dieser Decke (MB) durch Schweißen (S) befestigt sind.
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