WO1997047775A1 - Rüssel für entgasungsanlagen - Google Patents

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WO1997047775A1
WO1997047775A1 PCT/EP1997/002543 EP9702543W WO9747775A1 WO 1997047775 A1 WO1997047775 A1 WO 1997047775A1 EP 9702543 W EP9702543 W EP 9702543W WO 9747775 A1 WO9747775 A1 WO 9747775A1
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Peter Loop
Alfred Reiterer
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Veitsch-Radex Aktiengesellschaft Für Feuerfeste Erzeugnisse
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
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    • C04B35/043—Refractories from grain sized mixtures
    • C04B35/047—Refractories from grain sized mixtures containing chromium oxide or chrome ore
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum

Definitions

  • the invention relates to a trunk for degassing plants for the vacuum treatment of metallurgical melts, in particular crude steel.
  • the vacuum treatment of raw steel in a degassing plant serves to set low carbon and hydrogen contents and to produce steels with narrow analysis areas
  • a particular problem area is the proboscis of such degassing systems, which is alternately immersed in an associated pan and through which the molten steel flows at temperatures of 1,600 to 1,700 ° C at high flow rates.
  • the trunk is coupled to the lower vessel of the degassing system via a collar-like flange.
  • a metallic cylinder extends downwards from this flange and is protected on the circumference by a fire-resistant ceramic jacket.
  • the metallic cylinder can also be welded directly to the lower vessel.
  • this protective jacket on the outside of the cylinder consists of a monolithic coating made of a refractory ceramic material, for example masses based on aluminum oxide.
  • the cylinder On the inside of the trunk, the cylinder is preceded by a refractory brick lining, for example MgO-C ⁇ C ⁇ -stones.
  • the metallic cylinder To secure the brick lining on the inside, the metallic cylinder usually has an inwardly projecting support ring at the lower end.
  • Either the outer coating and the inner lining run parallel to one another and are connected to one another at a distance below the lower end of the cylinder; however, it is also known to connect the outer coating and the inner lining via a separate covering made of a refractory ceramic material, which accordingly covers the lower end face of the cylinder, so that in any case an at least three-part refractory protective jacket surrounds the metallic cylinder .
  • the high circulation speed of the molten metal (with a treatment time of 20 minutes, for example, 10 to 20 pan rotations take place) exposes the inner trunk lining to extreme thermal and mechanical attack. Especially in the joint area of the Stones are subject to premature wear. An attempt has been made to solve this problem by means of an optimized selection of materials. However, the increasing requirements for an optimized wear behavior of the refractory lining at minimal costs make it necessary to further improve the previous approaches.
  • the invention is based on the idea of forming the entire protective jacket for the metallic cylinder of the proboscis from a uniform monolithic refractory mass.
  • a refractory protective layer can be applied much more easily, quickly and inexpensively than with the aid of a stone delivery. At the same time, the critical joint areas that are inevitable with stone infeed are eliminated. In the case of a monolithic coating, a "closed", continuous protective layer is formed, which in principle has a lower tendency to wear.
  • a monolithic coating also has advantages over modern stone inlays, in which the stones are precisely ground before installation and then glued in order to keep the joint area as small as possible.
  • Refractory compositions have already been used in the trunk area of degassing systems, but only for the outer coating, ie not in the area through which the metal melt flows.
  • the invention then relates to a trunk for degassing systems for vacuum treatment of metallurgical melts with the following features:
  • the outer coating, the inner lining and the lower casing connecting them consist of one and the same refractory ceramic material and cover the metallic cylinder in the form of a monolithic protective jacket as a whole.
  • An essential feature of the completely monolithic refractory protective layer is that the protective layer has a uniform coefficient of thermal expansion. This is generally not possible when designing the protective jacket from different sections, in particular from monolithic areas and brick areas, or when using different types of material.
  • the use of a uniform material with uniform chemical, physical and mechanical characteristics leads to an isotropic character of the fire-resistant protective jacket and thus optimized properties.
  • the frequent temperature changes (when the proboscis is immersed and immersed in the pan) or the high temperature load and flow rate of the molten metal are major problem areas.
  • the refractory material of the monolithic protective jacket from a type whose thermal expansion coefficient is so close to the thermal expansion coefficient of the metal alloy used for the cylinder that stress cracks between the protective jacket and the cylinder or in monolithic protective jacket can be reduced or prevented during operation.
  • the completely monolithic refractory coating makes it possible to select the material so that its coefficient of thermal expansion approximates that of the metal cylinder or, ideally, is the same. In addition to the advantages that can already be achieved with the completely monolithic coating, this results in significant progress insofar as the thermal stress cracks observed in the prior art can at least be largely prevented.
  • a further development of the invention therefore provides for the use of a refractory mass with a chemical bond to create the protective jacket.
  • a refractory mass can, for example, be a magnesite-chromium mass specified below and comprise a pre-synthesized chromium oxide-containing MgO sinter.
  • Such a basic refractory mass can have the bulk density preferred after drying at 110 ° C. of 2.9 to 3.2 g / cm 3 .
  • the material selection for the metal cylinder is made, which consists, for example, of boiler plate HI material 1.0345 or boiler plate H II material 1.0425.
  • the latter can be profiled on the surface and / or formed with metallic reinforcement anchors.
  • the cylinder can also have openings, at least in sections, so that the refractory material extends through these openings when it is applied and thus creates refractory ceramic bridges between the inner lining and the outer coating. If the coefficients of thermal expansion of the metallic and ceramic zones of the proboscis are adapted, there are no problems even in the event of frequent temperature changes; on the contrary: the bridges mentioned stabilize the protective jacket as a whole.
  • the mass can be applied as a vibration mass (behind appropriate formwork) and then dried. It has a high resistance to slagging. Wear areas can be repaired with an appropriate mass if necessary.
  • the only figure shows the outlet nozzle of an RH degassing plant.
  • the trunk comprises an upper, collar-shaped metal flange 10 and a metal cylinder 12 which is welded to it and extends downwards.
  • a metal cylinder 12 which is welded to it and extends downwards.
  • an alternative embodiment of the cylinder 12 or its attachment to the RH system is shown.
  • the cylinder extends to the top end of the trunk and is directly welded to the adjacent section of the degassing vessel. Otherwise, both embodiments are the same and have the following features:
  • the entire inner surface 12a of the cylinder 12 (including the corresponding inner surface section 10i of the flange 10), the outer surface 12a of the cylinder 12 (up to the area of the flange underside 10o) and the the lower section around the lower end face 12u of the cylinder 12 is surrounded by a refractory ceramic protective jacket 14 of approximately the same wall thickness, which has been applied as a vibration mass (behind corresponding formwork) and thus in the form of a monolithic coating.
  • Reinforcing anchors 16, which protrude perpendicularly from the cylinder 12, serve the mechanical stability of the protective jacket 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuumbehandlung von metallurgischen Schmelzen, insbesondere Rohstahl. Der Rüssel besteht aus einem Kesselstahlblechzylinder (12), der an seiner Aussen- (12a), Innen- (12i) und unteren Stirnflächenseite (12u) mit einem monolithischen keramischen feuerfesten Material (14) beschichtet ist. Diese feuerfeste Auskleidung ist aus einer Magnesit-Chrom-Masse aufgebaut.

Description

Rüssel für Entgasungsanlagen
B e c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuumbehandlung von metallurgischen Schmelzen, insbe¬ sondere Rohstahl.
Die Vakuumbehandlung von Rohstahl in einer Entgasungsanlage (zum Beispiel DH-, RH-, RH-OB-, oder VCP-Anlage) dient der Einstellung niedriger Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalte sowie zur Erzeugung von Stählen mit engen Analysenbereichen
Ein besonderer Problembereich ist der Rüssel von derartigen Entgasungsanlagen, der alternierend in eine zugehörige Pfanne eingetaucht wird und durch den mit hoher Strömungsgeschwindigkeit die Stahlschmelze bei Temperaturen von 1.600 bis 1.700° C strömt. Der Rüssel wird über einen kragenartigen Flansch an das Untergefäß der Entgasungsanlage angekoppelt. Von diesem Flansch erstreckt sich nach unten ein metallischer Zylinder, der umfangsseitig durch einen feuerfesten keramischen Mantel geschützt wird. Der metallische Zylinder kann auch direkt an das Untergefäß angeschweißt werden.
Üblicherweise besteht dieser Schutzmantel auf der Außenseite des Zylinders aus einer monolithischen Beschichtung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, beispielsweise Massen auf Basis Aluminiumoxid. Auf der Innenseite des Rüssels ist dem Zylinder eine Ausmauerung aus feuerfesten Steinen vorgeschaltet, beispielsweise MgO-C^C^-Steinen. Zur Sicherung der Stein-Ausmauerung auf der Innenseite weist der metallische Zylinder am unteren Ende üblicherweise einen nach innen vorspringenden Tragring auf.
Entweder verlaufen die äußere Beschichtung und die innere Auskleidung parallel zueinander und werden mit Abstand unterhalb des unteren Zylinderendes miteinander verbunden; es ist aber auch bekannt, die äußere Beschichtung und die innere Auskleidung über eine separate Umhüllung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff zu verbinden, die ent¬ sprechend die untere Stirnfläche des Zylinders abdeckt, so daß in jedem Fall ein mindestens dreiteiliger feuerfester Schutzmantel den metallischen Zylinder umgibt.
Die hohe Umlaufgeschwindigkeit der Metallschmelze (bei einer Behandlungszeit von 20 Minuten finden beispielsweise 10 bis 20 Pfannenumläufe statt) setzt die innere Rüsselaus¬ kleidung einem extremen thermischen und mechanischen Angriff aus. Vor allem im Fugenbereich der Steine kommt es zu einem voreilenden Verschleiß. Man hat versucht, dieses Problem durch eine optimierte Werkstoff- auswahl zu lösen. Die zunehmenden Anforderungen an ein optimiertes Verschleißverhalten der feuerfesten Auskleidung bei minimalen Kosten machen es jedoch notwendig, die bis¬ herigen Lösungsansätze weiter zu verbessern.
Ausgehend von dieser Problemstellung liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, den gesamten Schutzmantel für den metallischen Zylinder des Rüssels aus einer einheitlichen monolithischen feuerfesten Masse auszubilden.
Mit Hilfe einer Masse, beispielsweise einer thixotropen Vibrationsmasse, läßt sich eine feuerfeste Schutzschicht sehr viel leichter, schneller und preiswerter aufbringen als mit Hilfe einer Steinzustellung. Gleichzeitig entfallen die bei einer Steinzustellung zwangsläufig vorhandenen kritischen Fugenbereiche. Bei einer monolithischen Beschichtung wird eine "geschlossene", kontinuierliche Schutzschicht ausgebildet, die prinzipiell eine geringere Verschleißneigung aufweist.
Insoweit weist eine monolithische Beschichtung auch gegen¬ über modernen Steinzustellungen Vorteile auf, bei denen die Steine vor der Verlegung exakt geschliffen und anschließend verklebt werden, um den Fugenbereich so gering wie möglich zu halten.
Feuerfeste Massen haben zwar auch bisher schon Anwendung im Rüsselbereich von Entgasungsanlagen gefunden, jedoch nur für die äußere Beschichtung, also nicht in dem von der Metall¬ schmelze durchströmten Bereich. In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfin¬ dung danach einen Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuum¬ behandlung von metallurgischen Schmelzen mit folgenden Merk¬ malen:
- einem metallischen Zylinder,
- einer Beschichtung aus einem feuerfesten keramischen Werk¬ stoff auf der Außenfläche des Zylinders,
- einer Auskleidung aus einem feuerfesten keramischen Werk¬ stoff auf der Innenfläche des Zylinders,
- einer Umhüllung aus einem feuerfesten keramischen Werk¬ stoff, die die äußere Beschichtung und die innere Aus¬ kleidung verbindet sowie die untere Stirnfläche des Zylinders abdeckt,
- die äußere Beschichtung, die innere Auskleidung und die beide verbindende untere Umhüllung bestehen dabei aus ein und demselben feuerfesten keramischen Werkstoff und be¬ decken den metallischen Zylinder in Form eines mono¬ lithischen Schutzmantels insgesamt.
Ein wesentliches Merkmal der komplett monolithischen feuer¬ festen Schutzschicht besteht darin, daß die Schutzschicht einen einheitlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Bei der Gestaltung des Schutzmantels aus unter¬ schiedlichen Abschnitten, insbesondere aus monolithischen Bereichen und gemauerten Bereichen beziehungsweise bei Ver¬ wendung unterschiedlicher WerkstoffSorten ist dies in der Regel nicht möglich. Die Verwendung eines einheitlichen Werkstoffes mit einheitlichen chemischen, physikalischen und mechanischen Kennwerten führt zu einem isotropen Charakter des feuerfesten Schutzmantels und damit zu optimierten Eigenschaften.
Wie oben ausgeführt stellen vor allem die häufigen Temperaturwechsel (beim Ein- und Austauchen des Rüssels in die Pfanne) beziehungsweise die hohe Temperaturbelastung und Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze wesentliche Problembereiche dar.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird deshalb vor¬ geschlagen, den feuerfesten Werkstoff des monolithischen Schutzmantels aus einer Sorte auszuwählen, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem thermischen Ausdehnungskoeffi¬ zienten der für den Zylinder verwendeten Metallegierung soweit angenähert ist, daß Spannungsrisse zwischen dem Schutzmantel und dem Zylinder beziehungsweise im mono¬ lithischen Schutzmantel im Betrieb vermindert beziehungs¬ weise verhindert werden.
Mit anderen Worten: die komplett monolithische feuerfeste Beschichtung ermöglicht es, den Werkstoff so auszuwählen, daß sein thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Metalizylinders angenähert oder im Idealfall gleich ist. Neben der bereits durch die komplett monolithische Beschichtung erzielbaren Vorteile ergibt sich daraus ein deutlicher Fortschritt insoweit, als die im Stand der Technik beobachteten thermischen Spannungsrisse zumindest weitestgehend verhindert werden können.
Die Verwendung einer basischen feuerfesten Masse zur Er¬ stellung des Schutzmantels hat sich als besonders vorteil¬ haft erwiesen. Basische Massen auf Basis MgO weisen eine deutlich bessere Feuerfestigkeit und Temperaturwechselbe¬ ständigkeit gegenüber Massen auf Basis AI2O3 auf und ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient ist dem von Stahl, wie er üblicherweise für den Zylinder verwendet wird, angenähert. Auch die Feuerfestigkeit ist sehr gut.
Bekannte basische feuerfeste Massen mit Zementbindung haben den Nachteil, daß sie einen nicht unerheblichen Wasserbedarf erfordern. Andererseits wird das chemisch gebundene Wasser unter Temperatureinfluß wieder ausgetrieben und die Masse dadurch zumindest teilweise geschwächt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht deshalb vor, eine feuerfeste Masse mit chemischer Bindung zur Erstellung des Schutzmantels zu verwenden. Eine solche Masse kann zum Beispiel eine nachstehend spezifizierte Magnesit-Chrom-Masse sein und einen vorsynthetisierten chromoxidhaltigen MgO- Sinter umfassen.
Magnesit-Chrom-Masse (Gew.-%) MgO: 40 - 60
Cr203: 15 - 30
A1203: 5 - 7
Fe203: 13 - 17
CaO: 0,9 - 1,5
Eine solche basische feuerfeste Masse kann die nach einer weiteren Ausführungsform bevorzugte Rohdichte (nach Trocknung bei 110° C) von 2,9 bis 3,2 g/cm3 aufweisen.
Ausgehend von den vorgenannten feuerfesten keramischen Sorten wird die Werkstoffauswahl für den Metalizylinder vorgenommen, der beispielsweise aus Kesselblech H I Werkstoff 1,0345 oder Kesselblech H II Werkstoff 1,0425 besteht . Zur Optimierung der Haftwirkung des feuerfesten Schutz- mantels auf dem Metalizylinder kann dieser oberflächlich profiliert und/oder mit metallischen Armierungsankern aus¬ gebildet sein. Auch kann der Zylinder zumindest abschnitt¬ weise Durchbrechungen aufweisen, so daß sich der feuerfeste Werkstoff beim Aufbringen durch diese Durchbrechungen erstreckt und damit feuerfeste keramische Brücken zwischen der inneren Auskleidung und der äußeren Beschichtung schafft. Bei einer Anpassung der Wärme¬ ausdehnungskoeffizienten der metallischen und keramischen Zonen des Rüssels ergeben sich auch im Fall häufiger Temperaturwechsel keine Probleme; im Gegenteil: die genann¬ ten Brücken stabilisieren den Schutzmantel insgesamt.
Die Masse kann als Vibrationsmasse (hinter entsprechende Schalungen) aufgebracht und anschließend getrocknet werden. Sie weist eine hohe Verschlackungsbeständigkeit auf . Ver¬ schleißbereiche lassen sich mit einer entsprechenden Masse im Bedarfsfall reparieren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk¬ malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs- unterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs- beispieles näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt den Auslaufrüssel einer RH-Ent¬ gasungsanlage.
In der in der rechten Hälfte dargestellten Ausführungsform umfaßt der Rüssel einen oberen, kragenförmigen Metallflansch 10 und einen daran angeschweißten, sich nach unten erstreckenden metallischen Zylinder 12. Im linken Teil der Figur ist eine alternative Ausbildung des Zylinders 12 beziehungsweise dessen Befestigung an der RH- Anlage dargestellt. Der Zylinder erstreckt sich bis zum oberen Rüsselende und ist dort am benachbarten Abschnitt des Entgasungsgefäßes direkt angeschweißt. Im übrigen stimmen beide Ausführungsformen überein und weisen folgende Merkmale auf:
Wie sich der Figur entnehmen läßt, ist die gesamte Innen¬ fläche 12a des Zylinders 12 (einschließlich des korrespon¬ dierenden inneren Flächenabschnitts lOi des Flansches 10) , die Außenfläche 12a des Zylinders 12 (bis in den Bereich der Flansch-Unterseite lOu) sowie der untere Abschnitt um die untere Stirnfläche 12u des Zylinders 12 mit einem feuer¬ festen keramischen Schutzmantel 14 von etwa gleicher Wand¬ stärke umgeben, der als Vibrationsmasse (hinter entsprechende Schalungen) und damit in Form einer mono¬ lithischen Beschichtung aufgebracht worden ist. Armierungs¬ anker 16, die senkrecht vom Zylinder 12 abstehen, dienen der mechanischen Stabilität des Schutzmantels 14.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Rüssel für Entgasungsanlagen zur Vakuumbehandlung von metallurgischen Schmelzen mit folgenden Merkmalen:
1.1 einem metallischen Zylinder (12) ,
1.2 einer Beschichtung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff auf der Außenfläche (12a) des Zylinders (12) ,
1.3 einer Auskleidung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff auf der Innenfläche (12i) des Zylinders (12) ,
1.4 einer Umhüllung aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, die die äußere Beschichtung und die innere Auskleidung verbindet sowie die untere Stirnfläche (12u) des Zylinders (12) abdeckt,
dadurch gekennzeichnet, daß
1.5 die äußere Beschichtung , die innere Auskleidung und die beide verbindende untere Umhüllung aus ein und demselben feuerfesten keramischen Werkstoff bestehen und insgesamt den metallischen Zylinder (12) in Form eines monolithischen Schutzmantels (14) abdecken.
2. Rüssel nach Anspruch 1, bei dem der feuerfeste keramische Werkstoff des monolithischen Schutzmantels (14) aus einer Sorte besteht, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der für den Zylinder (12) verwendeten Metallegierung soweit ange¬ nähert ist, daß Spannungsrisse zwischen dem Schutzmantel (14) und dem Zylinder (12) beziehungsweise im mono¬ lithischen Schutzmantel (14) im Betrieb verhindert werden .
3. Rüssel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer basischen feuerfesten Masse aufgebaut ist.
4. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer basischen feuerfesten Masse mit chemischer Bindung aufgebaut ist.
5. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der
Schutzmaπtel (14) aus einer basischen feuerfesten Masse mit einer Rohdichte (nach Trocknung bei 110° C) von 2,9
3 bis 3,2 g/cm besteht.
6. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Zylinder (12) aus Kesselblech H I Werkstoff 1,0345 oder Kesselblech H II Werkstoff 1,0425 besteht.
7. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Schutzmantel (14) aus einer Magnesit-Chrom-Masse aufge¬ baut ist. Rüssel nach Anspruch 7, bei dem die Magnesit-Chrom-Masse einen vorsynthetisierten chromoxidhaltigen MgO-Sinter umfaßt und aus 40 bis 60 Gew.-% MgO, 15 bis 30 Gew.-%
Cr203, 5 bis 7 Gew ■% A1203, 13 bis 17 Gew.-% Fe203 und 0,9 bis 1,5 Gew.-% CaO besteht.
9. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Zylinder (12) profiliert ausgebildet ist.
10. Rüssel nach Anspruch 9, bei dem auf dem Zylinder (12) metallische Armieruπgsanker (16) befestigt sind, die in den feuerfesten keramischen Schutzmantel (14) hinein¬ ragen.
11. Rüssel nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Zylinder (12) Durchbrechungen aufweist.
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