SE514748C2 - Spolsten - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 514 748 2 stål. Nackdelen med dessa spolstenar var att det krävde högt tryck på gasen/för att få igenom tillräckligt flöde och p.g.a. deras porositet var slitaget högt.

Nästa steg i utvecklingen av spolstenar var s.k. riktad porositet d.v.s. man göt in ett antal kanaler ca 0,5 mm i diameter och spolar med gas genom kanalerna.

Fördelen med denna spolsten var att det var lätt att få ett gasflöde genom stenen och att stenen kunde göras kom- pakt, vilket innebar minskat slitage. Nackdelen var stör- re risk för infiltration av stål i kanalerna, vilket sat- te igen spolstenen.

Det tredje steget i utvecklingen av spolstenar var att gjuta in slitsar eller spalter ca 0,2 mm tjocka och ca 20 mm långa genom spolstenen i stället för kanaler.

Fördelen med detta var att detövar lätt att få ett högt gasflöde utan att få infiltration av stål i slitsarna.

Dock finns alltid en risk för infiltration av stål så länge som det finns öppna spalter i spolstenen.

En spolsten skall uppfylla tre krav: hög hållbarhet, god gasgenomsläpplighet samt undvika infiltration av stål i spalterna i spolstenen.

- God hållbarhet erhålles genom ett högvärdigt, eldfast kompakt material i spolstenen.

- Hög gasgenomsläpplighet erhålles genom tillräckligt stor yta på hålen.

- Minimal infiltration erhålles genom tillräckligt små hål.

Dessa tre krav motarbetar varandra och en spolsten blir en kompromiss av dessa tre egenskaper.

Genom den tyska patentskriften DE 196 10578 är en spolsten förut känd som innefattar en yttre kropp med ett stympat koniskt hàlrum i sitt övre parti, ett cylind- riskt, förstorat hàlrum i ett mellanliggande parti och en cylindrisk kanal i sitt nedre parti. Hålrummen står i förbindelse med varandra för att tillåta gas med ett spe- cifikt tryck att strömma från den ena ändytan till den andra. I hålrummen, i ovannämnda ordningsföljd, är en 10 15 20 25 30 35 51-4- 7.48 .3 stympat konisk kägla, en kolv och en rörformad, med öpp- ningar försedd kolvstàng rörligt anordnade som en enhet.

Kâglan är förspänd till en stängande position med hjälp av en utvändig tryckfjäder, vilken ingriper med kolv- stängens fria, från spolstenen utskjutande ände. När gas med ett tillräckligt högt tryck (för att motverka fjä- derns kraft och det metallurgiska trycket) tillföres ge- nom ett gasmatningsrör och via kolvstàngen till det för- storade hálrummet lyfter kolven käglan och spalten mellan det koniska hàlrummet och käglan öppnas. Gasen kan då strömma runt kolven och genom spalten in i smältan.

Nackdelarna med denna konstruktion är: - Den är mycket svår att tillverka eftersom spolstenar i allmänhet är gjutna av en eldfast massa. Att gjuta in ett mellanliggande, förstoratghàlrum (16) är tekniskt sett svårt eftersom den för gjutningen använde shablo- nen är mycket svår att avlägsna. _ - Den har komplicerade utstickande delar (fjâderupphäng- ningen under spolsten) som inte passar i stàlverksmiljö eftersom den lätt kan gà sönder genom slag eller annan brutal hantering.

- Fjäderupphängningen blir dyr att tillverka.

- Spolstenen slits ned efter hand. Vid slitage ned till det förstorade hàlrummet (16) får man ett genombrott ' genom stenen och stål rinner igenom skänkens botten med katastrofala följder. Det är således mycket viktigt att stenen inte slits ned till denna nivå. Det krävs avan- cerad utrustning för att fastställa hur långt ned spol- stenen slitits.

Ett annat patent som baserar sig på en spolsten med en rörlig och fast kropp, där gasen strömmar genom en ringspalt, är det amerikanska patentet US-A 4470582.

Det som i huvudsak skiljer denna konstruktion fràn den i det ovannämnda tyska patentet är att tryckfjädern ersatts med en hävstàngsmekanism som är förbelastad me- delst en hydraulcylinder. l0 15 20 25 30 35 5141748 '94 Nackdelarna med denna konstruktion år: - Genom dess komplicerade form blir den mycket dyr att tillverka. V - Gasflödet styrs genom en yttre ventil som öppnar och stänger ringspalten genom att styra den rörliga kroppen uppåt respektive nedåt. Nackdelen är att det krävs en yttre regleranordning som tar plats och inte passar i stålverksmiljö. Den kan lätt skadas av yttre påverkan.

- Liksom ovanstående tyska patent slits spolstenen med sama resultat som ovan angivits. Ändamålet med föreliggande uppfinning år att åstad- komma en spolsten med en spalt, vars bredd är funktion av det anbringade gastrycket, som är enkel och billig att tillverka. Ännu ett ändamål med uppfinningen år att åstadkomma en spolsten med en reglerbar spalt, som ej kräver kompli- cerade mekanismer och ej uppvisar några utstickande de- taljer.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en funk- tionssäker spolsten som kan slitas ned i det närmaste helt innan genombrott skar.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningar med en spolsten enligt det inledande stycket, som kännetecknas av att den keramiska kroppen innefattar ett yttre i hu- vudsak hylsformat kroppsparti och ett inre, stympat ko- niskt format kroppsparti, mellan vilka nämnda spalt är anordnad, att det inre kroppspartiet är rörligt relativt det yttre kroppspartiet samt är förspånt med hjälp av ett fjädrande organ i riktning mot smältan för tillslutning av spalten och att ett gasmatningsrör är anslutet till ett utrymme under den utvändiga åndytan för öppnande av spalten.

Vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av de särdrag som anges i underkraven.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas i exemplifierande syfte med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: 10 15 20 25 30 35 5-14 748 5 Fig 1 i en vertikal snittvy schematisk illustrerar botten av en skänk med anbringade spolstenar; I Fig 2 i en vertikal snittvy visar en spolsten enligt uppfinningen med sluten gasflödesspalt; Fig 3 visar spolstenen enligt fig 2 med öppen gas- flödesspalt; Fig 4, fig 5 och fig 6 illustrerar olika utförings- former av spolstenens bottenplatta; och Fig 7 åskådliggör en alternativ utföringsform av spolstenen enligt uppfinningen.

Med hänvisning först till fig 1 illustreras schema- tiskt bottenpartiet av en skänk 1 för en smälta 2, van- såsom stål. ten 3 är på konventionellt sätt ett antal utbytbara spol- ligtvis en smälta av metall, I skänkens bot- stenar 4 frigörbart fästa med\hjälp av i sig kända fäst- organ, såsom antytts med hänvisningsbeteckningen 5. Ett gasmatningsrör 6 är anslutet till respektive spolsten 4.

Allt detta är känd teknik och erfordrar därför ej någon närmare förklaring.

Det hänvisas nu till figurerna 2 och 3, på vilka spolstenens enligt uppfinningen konstruktion och funktion àskådliggöres. Spolstenen 4 innefattar en mantel 7. Då spolstenen 1 skall användas för en stàlsmälta 2 är man- teln 7 företrädesvis tillverkad av stål. Manteln har vi- sats vara stympat konisk med den smala änden i kontakt med smältan, se fig 1, men den kan även vara upp- och nedvând eller cylindrisk (ej visat). En keramisk kropp 8 är omsluten av manteln 7 och är företrädesvis längs hela sin längd fäst vid manteln 7. Med fördel är kroppen 8 gjuten direkt inuti manteln.

Kroppen 8 är i sin tur uppdelad i ett yttre, kon- centriskt, i huvudsak hylsformat kroppsparti 9 med ett stympat koniskt format invändigt hàlrum och ett inre, stympat koniskt format kroppsparti 11, som helt fyller upp hàlrummet. Det inre kroppspartiet 11 är rörligt, d.v.s. förskjutbart i lângdled, i förhållande till det yttre kroppspartiet 9 med en spalt 12 mellan dessa. Vid 10 l5 20 25 30 35 514 748 6 framställning av kroppspartierna 9 och 11 kan det inre kroppspartiet 11 lätt formas, väl anpassat till det yttre kroppspartiet 9, genom att en plastfolie eller -ark, som formats till ett stympat koniskt mantelelement, placeras koncentriskt i manteln 7 vid gjutningstillfället och av- lägsnas därefter när det eldfasta materialet (den kera- miska massan) stelnat. I samband med gjutningen kan vida- re gängade blindhäl 13 åstadkommas eller kan gängade hylsinsatser ingjutas i det inre kroppspartiets 11 större ändyta 14.

Företrädesvis, men ej nödvändigtvis, ligger det ytt- re kroppspartiets 9 större ändyta 15 i nivå med ovannämn- da ändyta 14. Detsamma gäller för kroppspartiernas 9 och 11 mindre ändytor 16 respektive 17.

Det inre kroppspartiet 11“är nedåt förskjutbart an- ordnat relativt det fixerade yttre kroppspartiet 9 (se Fig. 2) och är förspänt uppåt, för tillslutning av spal- ten 12, med hjälp av ett fjädrande eller elastiskt organ, som verkar mot ändytan 14.

I den föredragna utföringsformen är en fjädrande bottenplatta 18 gastätt fäst vid manteln 7, pá avstånd från kroppens 8 utvändiga ändyta, i detta fall ändytorna 14 och 15, varvid ett trycksättbart utrymme eller kammare 19 avgränsas mellan dessa. Detta avstånd kan vara ringa och till och med obefintligt inom begränsade områden av ändytorna 14 och 15 - det enda villkoret är att en kamma- re 19 formas dä trycksatt fluid (spolgas) tillföres. Ett gasmatningsrör 6 är förbundet med bottenplattan 18 och är anslutet till kammaren 19 för trycksättning av densamma med spolgasen 21. Det inre kroppspartiet 11 är fast fäst vid bottenplattan 18, exempelvis med hjälp av bultar 22 eller något annat lämpligt fästorgan. Spalten 12 hälles tillsluten genom att det inre kroppspartiet 11 pressas uppåt i fig 2 till anliggning mot det yttre kroppsparti- ets 9 inre periferiyta med hjälp av bottenplattans 18 förspänning och/eller spolgasens tryck. 10 15 20 25 30 35 514 7.48 7 När man önskar spola gas genom smältan i skänken tillföres gas under/högt tryck till utrymmet 19. Genom att det yttre kroppspartiets 9 bottenyta eller ândyta 15 är större än det inre kroppspartiets 11 bottenyta eller ändyta 14 bringas bottenplattan 18 att böjas ut, se fig 3, och drager det inre kroppspartiet 11 med sig, varige- nom den ringformade spalten 12 öppnas och gasen kan strömma in i smältan. Ju mer tryck man lägger på desto mer öppnar sig spalten. När gasflödet stängs av eller ga- sens tryck minskas fjädrar bottenplattan 18 tillbaka och trycker den inre kroppen 11 tillbaka och sluter spalten fullständigt. Härvid undvikes infiltration av smälta i spalten 12. Konstruktionen av denna nya spolsten innebär att man kan erhålla i det närmaste obegränsat gasflöde utan att få infiltration av stål i spalten i spolstenen.

Detta uppnås genom att spaltstorleken varierar med det anbringade trycket. I I figurerna 2 och 3 har bottenplattan 18 illustre- rats med konstant tjocklek. Det är naturligtvis emeller- tid möjligt att reglera spaltbreddens funktion av gasens tryck genom att använda bottenplattor 18 med specifika fjädringsegenskaper. Utöver att utnyttja bottenplattor av olika tjocklek för detta ändamål kan man uppnå önskade fjädringsegenskaper genom att ge bottenplattan en ej jämn tjocklek, d.v.s. att låta dess tjocklek variera i rikt- ning från dess periferi mot dess centrum. Ett exempel på detta har åskådliggjorts i fig 4. Såsom visats i fig 5 är det även möjligt att åstadkomma de erfordrade fjädrings- egenskaperna genom att förse en jämntjock bottenplatta med förstyvningsflänsar eller -ribbor 23, vilka är fästa vinkelrätt mot bottenplattan, företrädesvis är radiellt orienterade på bottenplattan och uppvisar en ej konstant höjd eller tjocklek. De ovannämnda särdragen går själv- klart även att kombinera för att uppnå den önskade funk- tionen, d.v.s. spaltens 12 bredd vid olika specifika gas- tryck. lO 15 20 25 30 35 514 748 8 Ett annat sätt att erhålla önskade fjädringsegenska- per hos bottenplattan, som även är kompatibelt med de_ ovanstående, är att utforma bottenplattan 18 välvd, exem- pelvis inåt sàsom visats i fig 6. Det är för detta ända- mål även möjligt att utforma bottenplattan vägformad, ej visat.

För att begränsa bottenplattans utböjning, exempel- vis vid mycket höga gastryck eller då spaltbredden ej fär överstiga ett bestämt mätt, exempelvis 0,5 mm, är det lämpligt att förse spolstenen med ett utböjningsbegrän- sande organ, exempelvis ett eller flera balkelement 24 , såsom antytts med de streckade linjerna i fig. 6. Varje balkelement 24 är fast fäst vid manteln 7 (se fig 6) och/eller är förankrat i det yttre kroppspartiet 9 (ej visat). Som ovannämnda organ ärïdet naturligtvis även möjligt att använda en kraftig, i allt väsentligt styv skiva, jfr en konventionell spolstens bottenskiva. När sä erfordras, kan förbindelseelement användas mellan man- telns yttersta parti och det utböjningsbegränsade orga- nets ändar (ej visat). När ett utböjningsbegränsande or- gan enligt ovan används, kan det i vissa fall vara lämp- ligt att anordna ett ytterligare fjädrande organ mellan nämnda organ 24 och bottenplattan 18 (ej visat).

Det inre kroppspartiets ll periferyta och det yttre kroppspartiets 9 inre periferyta definierar enligt ovan spaltens 12 form. Vanligtvis föredrages det att spaltens tvärsnittsprofil, d.v.s. spaltens utformning i ett plan vinkelrätt mot spolstenens längdaxel (ett plan som är pa- rallellt med bottenplattan) är en cirkel eller oval.

Spaltens tvärsnittsprofil är emellertid helt valfri, sä- som exempelvis en triangel, kvadrat eller mânghörning el- ler av stjärnform, eftersom de bàda kroppspartierna 9 och ll kan gjutas samtidigt med ett avgränsande mantelelement av plastfolie eller -ark med vald tvärsnittsprofil mellan sig, vilket efter massans stelnande lätt kan avlägsnas.

För att erhålla speciella gasflödesegenskaper, exem- pelvis spràngvisa förändringar i gasflödet genom spolste- 10 15 20 25 30 514 748 .9 nen, är det vidare möjligt att utforma det inre kropps- partiet ll med ett stympat koniskt hàlrum, i vilket ett pà motsvarande sätt utformat stympat koniskt innersta kroppsparti 25 är förskjutbart anordnat, se fig 7. Detta innersta kroppsparti 25 fungerar på samma sätt som be- skrivits i samband med det inre kroppspartiet ll, genom att även detta är fast fäst vid bottenplattan 18, exem- pelvis med hjälp av en bult 26. Bottenplattans fjädrings- egenskaper anpassas därefter med hjälp av de ovan be- skrivna modifikationerna, jfr fig 4 och 5. Spalten 27 mellan det innersta kroppspartiet 25 och det inre kropps- partiet 11 kan ges valfri form i enlighet med vad som ovan beskrivits och företrädesvis formas spalten 27 på samma sätt som spalten 12, d.v.s. med hjälp av ytterliga- re ett mantelelement som anordnas koncentriskt med det tidigare beskrivna mantelelementet i mantel 7.

Det skall observeras, att varje rörligt kroppsparti 11, 25 avsmalnar uppåt, d.v.s. från den utvändiga ändytan 14, 15 mot den invändiga ändytan 16, 17 vid smältan för de visade utföringsformerna av spolstenen enligt uppfin- ningen.

Med spolstenen enligt uppfinningen uppnås följaktli- gen följande egenskaper: - Den är enkel att tillverka (lika billig som de spolste- nar som finns pä marknaden idag.

- Infiltration undvikes helt.

- Tryck/flöde förhållande kan anpassas till resp. använ- dares förhållanden.

- Obegränsat gasflöde kan erhållas.

Uppfinningen är inte begränsad till det ovan be- skrivna eller pà ritningarna visade, utan kan förändras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (10)

5 10 15 20 25 30 35 514 748 p A1 o PATENTKRAV

1. Spolsten (4) avsedd att utbytbart fästas i botten (3) av en skänk (1) för spolning av gas genom en smälta (2) i skänken, vilken spolsten innefattar en keramisk kropp (8) med åtminstone en genomgående spalt (12), som sträcker sig mellan kroppens ändytor (14, 15 och 16, 17) och en kroppen omslutande mantel(7), varvid gasen matas till kroppens utvändiga ändyta (14, 15) för att vid ett bestämt tryck strömma genom nämnda spalt (12) till krop- pens invändiga ändyta (16, 17) och in i smältan (2), k ä n n e t e c k n a d a v att den keramiska kroppen (8) innefattar ett yttre, i huvudsak hylsformat kroppsparti (9) och ett inre, stympat koniskt format kroppsparti (11), mellan vilka nämnda spaltk(12) är anordnad, att det inre kroppspartiet (11) är rörligt relativt det yttre kroppspartiet (9) samt är förspänt med hjälp av ett fjädrande organ (18) i riktning mot smältan (2) för till- slutning av spalten (12) och att ett gasmatningsrör (6) är anslutet till ett utrymme (19) under den utvändiga ändytan (14, 15)

2. Spolsten (4) enligt patentkravet 1, t e c k n a d gastâtt fäst vid manteln (7) pà avstånd från kroppens (8) för öppnande av spalten (12). k ä n n e - a v att en fjädrande bottenplatta (18) är utvändiga ändyta (14, 15), att utrymmet (19) avgränsas av manteln (7), de utvändiga ändytorna (14, 15) samt botten- plattan (18) och att det inre kroppspartiet (11) är fäst vid bottenplattan (18).

3. Spolsten (4) enligt patentkravet 2, t e c k n a d att bottenplattans (18) varierar i riktning från dess periferi mot dess centrum. k ä n n e - a v tjocklek

4. Spolsten (4) enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v att bottenplattan (18) är försedd med radiellt orienterade förstyvningsflänsar (23). 10 15 20 514 7,48 ll

5. Spolsten (4) enligt något av patentkraven 2-4, k ä n n e t e c k n a d a v att bottenplattan (18) är välvd. I

6. Spolsten (4) enligt något av föregående patent- krav, k à n n e t e c k n a d 'a v att spaltens (12) tvärsnittsprofil är en cirkel eller är oval.

7. Spolsten (4) enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d a v att spaltens (12) tvär- snittsprofil är en triangel, kvadrat eller månghörning.

8. Spolsten (4) enligt något av patentkraven 2-7, k ä n n e t e c k n a d a v att ett bottenplattans (18) utböjning begränsande organ (24) är anordnat utanför nämnda utrymme (19) på avstånd fràn bottenplattan (18) och är fäst vid det yttre kroppspartiet (9) och/eller manteln (7). n'

9. Spolsten (4) enligt patentkravet 8, k ä n n e - 1 t e c k n a d att det begränsande organet (24) är ett balkelement, vars ändar är fast fästa vid manteln (7).

10. Spolsten (4) enligt patentkravet 8 eller 9, aV k ä n n e t e c k n a d a v att ett ytterligare fjäd- rande organ är anordnat mellan bottenplattan (18) och nämnda begränsande organ (24).