WO2005107979A1

WO2005107979A1 - Gasspülvorrichtung

Info

Publication number: WO2005107979A1
Application number: PCT/EP2005/004765
Authority: WO
Inventors: Stefan Munding; Germann Munding
Original assignee: Stefan Munding; Germann Munding
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2005-11-17
Also published as: ATE388775T1; ES2306150T3; EP1771265A1; RU2372165C2; US7645418B2; EP1771265B1; US20080122145A1; DE502005003224D1; RU2006142858A; DE102004022129A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasspülvorrichtung für ein metallurgisches Schmelzgefäß (1), mit einem konisch geformten Keramikkörper (2), der an seiner Oberseite (3) mit einer in dem Schmelzgefäß (1) befindlichen Metallschmelze (4) in Kontakt kommt, wobei der Keramikkörper (2) ein statisches Außenelement (5) und ein darin axial bewegliches Innenelement (6) umfasst, sowie mit einem pneumatischen Antrieb (15), durch den das Innenelement (6) relativ zum dem Außenelement (5) des Keramikkörpers (2) axial zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung hin und her bewegbar ist, wobei eine Feder (18) vorgesehen ist, durch deren Federkraft das Innenelement (6) in der Schließstellung gehalten wird und mit einem an der Unterseite (7) des Keramikkörpers (2) angeordneten, gasdicht abgeschlossenen Volumen (9), welches mit einer Gaszuleitung zum Einleiten von Spülgas verbunden ist. Zur Verbesserung einer derartigen Gasspülvorrichtung schlägt die Erfindung vor, dass der pneumatische Antrieb (15) eine mit dem Innenelement (6) verbundene verformbare Membran (21) aufweist, auf welche die Druckdifferenz zwischen dem in dem gasdicht abgeschlossenen Volumen (9) herrschenden Druck des Spülgases und dem Umgebungsdruck einwirkt.

Description

Gasspülvorrichtunα

Die Erfindung betrifft eine Gasspülvorrichtung für ein metallurgisches Schmelzgefäß, mit einem konisch geformten Keramikkörper, der an seiner Oberseite mit einer in dem Schmelzgefäß befindlichen Metallschmelze in Kontakt kommt, wobei der Keramikkörper ein statisches Außenelement und ein darin axial bewegliches Innenelement umfasst, sowie mit einem pneumatischen Antrieb, durch den das Innenelement relativ zu dem Außenelement des Keramikkörpers axial zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung hin und her bewegbar ist, wobei eine Feder vorgesehen ist, durch deren Federkraft das Innenelement in der Schließstellung gehalten wird, und mit einem an der Unterseite des Keramikkörpers angeordneten, gasdicht abgeschlossenen Volumen, welches mit einer Gaszuleitung zum Einleiten von Spülgas verbunden ist.

Solche Gasspülvorrichtungen werden üblicherweise zum Einleiten von Spülgas in eine Metallschmelze genutzt, welche sich in einem metallurgischen Schmelzgefäß, beispielsweise in einer Stahlgießpfanne oder in einem Konverter, befindet. Bei dem Spülgas handelt es sich in der Regel um ein Inertgas, das unter hohem Druck von beispielsweise 6 - 10 bar in das Gefäß eingeblasen wird. Dadurch soll vor allem eine gute Durchmischung der in dem Schmelzgefäß befindlichen Metallschmelze erreicht werden.

In Stahlwerken ist weltweit die Verwendung von Gasspülvorrichtungen verbreitet, die auch als „Spülsteine" bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um kegelstumpfförmige poröse Keramikkörper, die für das einzublasende Spülgas durchlässig und für die Metallschmelze undurchlässig sind. Diese Spülsteine sind üblicherweise ganz oder teilweise von einem Blechgehäuse umgeben. Der Keramikkörper besteht dabei aus einem hochfeuerfesten Material auf Aluminiumoxidbasis. Der Hauptnachteil bei solchen herkömmlichen Spülsteinen ist vor allem, dass sich die Poren des Keramikkörpers in dessen oberflächennahen Bereichen relativ schnell zusetzen, da es zu einer Infiltration durch das flüssige Metall kommt. Die infiltrierten Bereiche müssen dann regelmäßig abgetragen werden, damit eine ausreichende Gasdurchlässigkeit erhalten bleibt. Damit ist zwangsläufig ein hoher Verschleiß verbunden, der wiederum hohe Kosten nach sich zieht. Nach einer gewissen Zeit sind die porösen Spülsteine nämlich soweit abgetragen, dass diese vollständig ersetzt werden müssen.

Aus der DE 196 10 578 C1 ist eine Gasspülvorrichtung bekannt, bei welcher die sich aus der zuvor beschriebenen Verschleißproblematik ergebenden Nachteile weitgehend beseitigt sind. Die aus der genannten Druckschrift vorbekannte Gasspülvorrichtung weist einen konisch geformten Keramikkörper auf, welcher nicht, wie bei den üblichen Spülsteinen, porös ist, um die Einleitung des Spülgases in die Metallschmelze zu ermöglichen. Stattdessen besteht der Keramikkörper bei der vorbekannten Gasspülvorrichtung aus einem statischen Außenelement und einem darin axial beweglichen Innenelement. Durch die axiale Bewegung des Innenelementes relativ zu dem Außenelement wird ein Ringspalt zwischen dem Innenelement und dem Außenelement, durch den das Spülgas in die Metallschmelze gelangen kann, nach Bedarf geöffnet oder geschlossen.

Nachteilig ist bei der vorbekannten Gasspülvorrichtung vor allem, dass die Herstellung des Keramikkörpers extrem aufwendig ist. Bei der vorbekannten Vorrichtung weist das Außenelement des Keramikkörpers eine konische Vertiefung für das bewegliche Innenelement auf, wobei die Vertiefung innerhalb des Keramikkörpers in eine Hohlkammer mündet. Es ist mit großen technischen Schwierigkeiten verbunden, eine geeignete Gießform für den Keramikkörper der vorbekannten Gasspülvorrichtung bereitzustellen und insbesondere diese Gießform nach dem Gießvorgang zu entfernen, da durch die erwähnte Hohlkammer Vorsprünge und Hinterschneidungen gebildet werden. Außerdem muss bei der vorbekannten Vorrichtung eine spezielle Gaszuführleitung vorgesehen sein, die durch das keramische Material des statischen Außenelementes hindurchgeführt ist, damit so das in die Metallschmelze einzublasende Spülgas in die Hohlkammer eingeleitet werden kann.

Bei der vorbekannten Gasspülvorrichtung erfolgt die axiale Bewegung des Innenelementes relativ zu dem Außenelement vermittels eines pneumatischen Antriebes. Durch den Druck des eingeleiteten Spülgases wird bei der vorbekannten Vorrichtung das Innenelement gegen den hydrostatischen Druck der Metallschmelze aus seinem Sitz in dem Außenelement herausgehoben, sodass sich der Ringspalt zwischen dem Innenelement und dem Außenelement öffnet. Da bei der vorbekannten Vorrichtung also der pneumatische Antrieb gegen den hydrostatischen Druck der Metallschmelze arbeiten muss, ist nachteiligerweise erforderlich, das Spülgas unter einem entsprechend hohen Druck zuzuführen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Gasspülvorrichtung bereitzustellen, bei welcher einerseits der bei herkömmlichen Spülsteinen auftretende hohe Verschleiß vermieden wird und welche andererseits sicher und zuverlässig bei moderaten Spülgasdrücken betrieben werden kann. Gleichzeitig soll eine Herstellbarkeit der Vorrichtung zu geringen Kosten möglich sein.

Ausgehend von einer Gasspülvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der pneumatische Antrieb eine mit dem Innenelement verbundene verformbare Membran aufweist, auf welche die Druckdifferenz zwischen dem in dem gasdichten Gehäuse herrschenden Druck des Spülgases und dem Umgebungsdruck einwirkt.

Die erfindungsgemäße Gasspülvorrichtung kommt gänzlich ohne die im Inneren des Keramikkörpers angeordnete Hohlkammer aus, die bei der oben beschriebenen vorbekannten Gasspülvorrichtung für die aufwendige Herstellbarkeit des Keramikkörpers verantwortlich ist. Gleichzeitig erfüllt die erfindungsgemäße Gasspülvorrichtung eine Ventilfunktion, sodass der bei den herkömmlichen Spülsteinen übliche hohe Verschleiß nicht auftreten kann. Wesentlich ist bei der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung die spezielle Ausbildung des pneumatischen Antriebs zum Bewegen des Innenelements des Keramikkörpers zwischen der Schließstellung und der Offenstellung. Die Erfindung schlägt vor, eine verformbare Membran vorzusehen, auf welche die Druckdifferenz zwischen dem Druck des Spülgases und dem Umgebungsdruck einwirkt. Die Fläche der verformbaren Membran reicht aus, damit bei moderatem Spülgasdruck eine ausreichende Kraft zum Bewegen des Innenelements aufgebracht wird. Problemlos kann mittels der verformbaren Membran eine Kraft erzeugt werden, die ausreicht, das Innenelement gegen den hydrostatischen Druck der Metallschmelze und/oder gegen die Federkraft der Feder, die zum sicheren Halten des Innenelementes in der Schließstellung vorgesehen ist, zu bewegen.

Aus den Druckschriften WO 01/08834 A1 und WO 01/83832 A1 sind nicht gattungsgemäße Gasspülvorrichtungen bekannt, bei denen der Keramikkörper seitlich und an der Unterseite von einem Blechmantel umgeben ist. Ein in dem Keramikkörper axial bewegliches Innenelement ist bei den vorbekannten Gasspülvorrichtungen mit dem Boden des Blechmantels verbunden. Durch eine entsprechende Öffnung ist Spülgas in den Zwischenraum zwischen dem Boden des Blechmantels und dem Keramikkörper einleitbar. Aufgrund des Drucks des Spülgases wölbt sich der Boden des Blechmantels nach unten und nimmt dabei das Innenelement des Keramikkörpers mit, sodass sich ein Ringspalt in dem Keramikkörper ausbildet, durch den das Spülgas in die Metallschmelze eingeleitet wird. Nachteilig ist bei den aus den zuvorgenannten Druckschriften vorbekannten Gasspülvorrichtungen, dass das Innenelement des Keramikkörpers ausschließlich aufgrund der elastischen Eigenschaften des Bodenblechs des Blechmantels in der geschlossenen Stellung gehalten wird, wenn kein Spülgas eingeleitet wird. In der Praxis zeigt sich, dass aufgrund der hohen Temperaturen in der Umgebung der Metallschmelze das Bodenblech sehr schnell seine elastischen Eigenschaften verliert, sodass die Gasspülvorrichtung nicht mehr zuverlässig schließt. Es tritt dann die Metallschmelze unkontrolliert durch die Gasspülvorrichtung aus dem metallurgischen Gefäß aus, was katastrophale Folgen im Stahlwerk haben kann. Diese Nachteile der vorbekannten Gasspülvorrichtung werden durch die Erfindung wirksam vermieden, da gemäß der Erfindung das Innenelement des Keramikkörpers durch eine Feder in die geschlossenen Stellung zurück gebracht wird. Die gemäß der Erfindung eingesetzte verformbare Membran muss die erheblichen Kräfte, die erforderlich sind, um das Innenelement in der Schließstellung zu halten, nicht aufbringen. Die Feder kann bei der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung hinsichtlich Material, Dimensionierung, Positionierung etc. so ausgelegt werden, dass die hohe thermische Belastung die Funktion nicht beeinträchtigt. Ein unkontrolliertes Austreten der Stahlschmelze durch die Gasspülvorrichtung wird also durch die Erfindung wirksam vermieden.

Vorteilhafterweise kann bei dem Keramikkörper der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung das statische Außenelement eine von der Oberseite bis zur Unterseite des Keramikkörpers durchgehende axiale konische Bohrung aufweisen, weiche das bewegliche Innenelement aufnimmt. Ein derartiger Keramikkörper ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Bohrung von der Unterseite zur Oberseite des Keramikkörpers hin, die mit der in dem Schmelzgefäß befindlichen Metallschmelze in Kontakt kommt, verjüngen. Gemäß einer anderen Ausführungsform verjüngt sich die Bohrung umgekehrt von der Oberseite des Keramikkörpers zur Unterseite hin. Durch die letztere Ausführungsform wird erreicht, dass das Innenelement aufgrund des auf der Oberseite einwirkenden hydrostatischen Druckes der Metallschmelze gegen das Außenelement gepresst wird, welches gewissermaßen als Ventilsitz dient. Durch den hydrostatischen Druck der Metallschmelze wird das Innenelement also in der Schließstellung gehalten, in welcher der durchgehende konische Ringspalt zwischen dem Innenelement und dem Außenelement geschlossen ist. In dieser Stellung wird weder Gas in die Metallschmelze eingeblasen noch kann flüssiges Metall aus dem Schmelzgefäß durch die Gasspülvorrichtung auslaufen. Zum Einblasen von Spülgas in die Metallschmelze wird das Innenelement in Richtung des Gasstromes nach oben bewegt, sodass sich der konische Ringspalt zwischen dem Innenelement und dem Außenelement öffnet und das unter hohem Druck stehende Gas ungehindert in das flüssige Metall eindringen kann. Wenn sich hingegen die axiale konische Bohrung von der Unterseite zur Oberseite hin verjüngt, so wird das Innenelement durch die Federkraft der Feder zuverlässig in der Schließstellung gehalten, wenn der Spülgaszufluss unterbrochen ist. Zum Einleiten des Spülgases wird bei dieser Ausführungsform das keramische Innenelement nach unten gegen den Spülgasstrom bewegt.

Bei der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung ist an der Unterseite des Keramikkörpers ein gasdicht abgeschlossenes Volumen angeordnet, welches mit einer Gaszuleitung zum Einleiten von Spülgas verbunden ist. Im Inneren des Volumens herrscht dann der Druck des eingeleiteten Spülgases, welches aus dem Volumen durch den durchgehenden konischen Ringspalt zwischen dem Innenelement und dem Außenelement des Keramikkörpers im geöffneten Zustand der Vorrichtung in die Metallschmelze eingeblasen wird.

Zweckmäßigerweise wird das gasdicht abgeschlossene Volumen bei der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung von einem Gehäuse an der Unterseite des Keramikkörpers gebildet, wobei die Seitenwandung des gasdichten Gehäuses konisch ausgebildet ist, derart, dass sich die konische Formgebung des Keramikkörpers im Bereich des Gehäuses fortsetzt. Dabei kann die Seitenwandung als konische Blechummantelung ausgebildet sein, die die gesamte Gasspülvorrichtung bestehend aus dem Keramikkörper und dem an dessen Unterseite angebrachten gasdichten Gehäuse seitlich umgibt. Auf Grund der sich insgesamt ergebenden einheitlichen konischen Formgebung der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung kann diese problemlos an Stelle der herkömmlichen Spülsteine in die vorhandenen konischen Öffnungen eingebaut werden, welche die üblichen metallurgischen Schmelzgefäße im Boden oder im Wandbereich aufweisen. Vorteilhaft ist dabei auch, dass sich die Seitenwandung des gasdichten Gehäuses an der Innenwandung der für die Gasspülvorrichtung vorgesehenen Öffnung des metallurgischen Schmelzgefäßes abstützen kann, sodass sichergestellt ist, dass das gasdichte Gehäuse dem ggf. hohen Druck des eingeleiteten Spülgases standhält.

Sinnvollerweise ist das gasdichte Gehäuse bei der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung an der Unterseite durch eine gegen die Seitenwandung abgedichtete Bodenplatte abgeschlossen, wobei sich die Bodenplatte über Streben an einer an der Unterseite des Keramikkörpers angebrachten Befestigungsplatte abstützt. Die Befestigungsplatte kann über geeignete Verankerungsmittel an dem Keramikkörper befestigt sein. Wenn die Gasspülvorrichtung in ein metallurgisches Schmelzgefäß eingebaut ist, ist diese ausschließlich über die Bodenplatte zugänglich. Daher sollte zweckmäßigerweise die Gaszuleitung zum Einleiten von Spülgas in das gasdichte Gehäuse an der Bodenplatte angeschlossen sein.

Alternativ kann die verformbare Membran des pneumatischen Antriebs das Innere des Gehäuses nach unten gegen die Umgebung gasdicht abschließen. Diese Variante ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar. Bei Einleiten von Spülgas in das gasdicht abgeschlossene Volumen wölbt sich die verformbare Membran, die gleichsam den Boden des Gehäuses bildet, nach unten. Dadurch wird dann das mit der Membran verbundene Innenelement des Keramikkörpers relativ zu dem Außenelement bewegt, sodass sich der Ringspalt zum Einblasen des Spülgases öffnet.

Durch den pneumatischen Antrieb wird, wie oben skizziert, die Ventilfunktion der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung betätigt. Dabei soll der pneumatische Antrieb sicherstellen, dass insbesondere der Druck des Spülgases, das gleichzeitig das Arbeitsmedium für den pneumatischen Antrieb ist, ausreicht, um das bewegliche Innenelement gegen die durch den hydrostatischen Druck der Metallschmelze bzw. die Feder wirkende Kraft aus der Schließstellung in die Offenstellung zu bewegen. Da zur Betätigung der Ventilfunktion der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung eine lineare Bewegung des Innenelementes relativ zu dem Außenelement ausgeführt werden muss, ist es zweckmäßig, bei dem pneumatischen Antrieb eine Schubstange vorzusehen, über welche die verformbare Membran mit dem Innenelement verbunden ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist diese Schubstange als Rohr ausgebildet, die gleichzeitig als Gaszuleitung zum Einleiten des Spülgases in das gasdicht abgeschlossene Volumen dient.

Der pneumatische Antrieb der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung kann sinnvollerweise einen Membranzylinder umfassen, wobei an den Zylinderraum des Membranzylinders ein aus dem gasdichten Gehäuse herausgeführtes Entlüftungsrohr angeschlossen ist. Auf den Kolben des Membranzylinders wirkt dabei der in dem gasdichten Gehäuse herrschende Druck des Spülgases ein. Der Zylinderraum des Membranzylinders ist durch die am Zylindermantel eingespannte verformbare Membran abgedichtet, sodass auf den Kolben des Membranzylinders insgesamt eine Kraft einwirkt, die sich aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem gasdichten Gehäuse und dem nach außen entlüfteten Zylinderraum ergibt. Durch entsprechende Dimensionierung des Membranzylinders kann sichergestellt werden, dass der Druck des Spülgases auf jeden Fall ausreicht, um die Ventilfunktion der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung zuverlässig zu betätigen.

Eine besonders praktische und kostengünstige Realisierung der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung ergibt sich dadurch, dass das Innenelement des Keramikkörpers kürzer ausgebildet wird als das Außenelement, und zwar derart, dass sich das gasdicht abgeschlossene Volumen im Bereich unterhalb des Innenelementes in den Keramikkörper hinein erstreckt. Bei dieser Variante kann die verformbare Membran der Gasspülvorrichtung von einem den Keramikkörper seitlich und an dessen Unterseite umgebenden Blechmantel gebildet werden. Dieser Blechmantel umschließt dann zugleich das gasdicht abgeschlossene Volumen im Bereich unterhalb des verkürzten Innenelementes des Keramikkörpers. An der Unterseite des Keramikkörpers hat das gasdicht abgeschlossene Volumen in dem Bereich zwischen dem Außenelement des Keramikkörpers und der verformbaren Membran bei dieser Ausführungsform die Form eines schmalen Spalts, sodass sich insgesamt eine besonders kompakte Bauweise ergibt. Daraus resultiert der Vorteil, dass die erfindungsgemäße Gasspülvorrichtung selbst bei beengten Platzverhältnissen, beispielsweise an der Unterseite eines metallurgischen Schmelzgefäßes, problemlos als Ersatz für herkömmliche Gasspülsteine eingesetzt werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung ist zwischen dem Keramikkörper und der Feder eine thermische Isolierung angeordnet. Durch diese thermische Isolierung wird die Feder vor der thermischen Belastung, die von der in dem metallurgischen Schmelzgefäß befindlichen Metallschmelze ausgeht, geschützt. Die thermische Isolierung kann in Form einer Schicht aus bekanntem Isoliermaterial entweder zwischen dem Keramikkörper und der verformbaren Membran und/oder zwischen der verformbaren Membran und der Feder angeordnet sein. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung;

Fig. 2 geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasspü Ivorrichtu ng ;

Fig. 3a geschnittene Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung;

Fig. 3b geschnittene Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung; Fig. 4 Ansicht des Bodens der Gasspülvorrichtung gemäß Fig. 2.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gasspülvorrichtungen sind jeweils in ein metallurgisches Schmelzgefäß eingebaut, wobei in den Figuren ein Ausschnitt aus einer bodenseitigen Wandung 1 des Gefäßes zu sehen ist. Die Gasspülvorrichtungen weisen jeweils einen konisch geformten Keramikkörper auf, der in den Figuren als Ganzes mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist. Der Keramikkörper 2, der an seiner Oberseite 3 jeweils mit einer in dem Schmelzgefäß befindlichen Metallschmelze 4 in Kontakt kommt, besteht aus einem statischen Außenelement 5 und einem darin axial beweglichen Innenelement 6. In der Fig. 1 ist zu erkennen, dass das Innenelement 6 von der Oberseite 3 des Keramikkörpers 2 zu dessen Unterseite 7 hin sich verjüngend ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet also das statische Außenelement 5 einen konischen Ring mit einer axialen konischen Bohrung für das Innenelement 6, wobei die Verjüngungsrichtungen des statischen Außenelementes 5 und des Innenelementes 6 entgegengesetzt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind hingegen die Verjüngungsrichtungen des Außenelementes 5 und des Innenelementes 6 gleich. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Innenelement 6 und dem Außenelement 5 ein durchgehender konischer Ringspalt 8 ausgebildet, der sich jeweils von der Oberseite 3 des Keramikkörpers 2 bis zu dessen Unterseite 7 hin erstreckt.

Die in den Figuren gezeigten Gasspülvorrichtungen befinden sich in der Schließstellung, in welcher der konische Ringspalt 8 geschlossen ist, sodass kein Spülgas durch den Ringspalt 8 in die Metallschmelze 4 eindringen kann. Gleichzeitig kann in der Schließstellung kein flüssiges Metall aus der Schmelze 4 durch den Ringspalt 8 auslaufen. Zur Betätigung der Ventilfunktion wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 das Innenelement 6 nach oben, d. h. zur Metallschmelze 4 hinbewegt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 öffnet sich der Ringspalt 8, wenn das Innenelement 6 von der Metallschmelze 4 weg nach unten bewegt wird.

An der Unterseite des Keramikkörpers 2 ist bei den in den Figuren gezeigten Gasspülvorrichtungen jeweils ein gasdicht abgeschlossenes Volumen 9 angeordnet, welches mit einer Gaszuleitung zum Einleiten von Spülgas verbunden ist. Ein konischer Blechmantel 10 bildet die Seitenwandung des gasdichten Gehäuses 9, und zwar derart, dass sich die konische Formgebung des Keramikkörpers 2 im Bereich des Gehäuses 9 fortsetzt.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner eine gegen die Seitenwandung 10 des gasdichten Gehäuses 9 abgedichtete Bodenplatte n vorgesehen, wobei die Bodenplatte n über Streben 12 mit einer an der Unterseite des Keramikkörpers 2 angebrachten Befestigungsplatte 13 verbunden ist. Als Befestigungsmittel dienen bei der in der Fig. 1 dargestellten Gasspülvorrichtung in dem Keramikkörper 2 verankerte Schrauben 14. An der Befestigungsplatte 13 ist über in der Fig. 1 nicht näher dargestellte Distanzbolzen ein pneumatischer Antrieb 15 befestigt, durch welchen das Innenelement 6 relativ zu dem Außenelement 5 des Keramikkörpers 2 axial zwischen der Schließstellung und einer Offenstellung hin und her bewegbar ist. Der pneumatische Antrieb 15 ist über eine Schubstange 16 mit dem axial beweglichen Innenelement 6 verbunden. Dabei ist die Schubstange 16 in einer Stopfbuchse 17 axial beweglich geführt. Im Inneren der Stopfbuchse 17 ist eine Feder 18 angeordnet, durch deren Federkraft das Innenelement 6 in der Schließstellung gehalten wird. Die Feder 18 stützt sich an der Stopfbuchse 17 einerseits und an einer Druckplatte 19 andererseits ab. Die Druckplatte 19 ist im Inneren eines Membranzylinders 20 auf und ab beweglich. Der Zylinderraum des Membranzylinders 20 ist gegenüber dem Inneren des gasdichten Gehäuses 9 über eine verformbare Membran 21 abgedichtet. An den Zylinderraum des Membranzylinders 20 ist ein aus dem gasdichten Gehäuse herausgeführtes Entlüftungsrohr 22 angeschlossen. Durch die Druckdifferenz zwischen dem im Inneren des gasdichten Gehäuses 9 herrschenden Druck des Spülgases und dem in dem nach außen entlüfteten Zylinderraum herrschenden Druck wird die Ventilfunktion der in der Fig. 1 dargestellten Gasspülvorrichtung betätigt.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung schließt die verformbare Membran 21 das Innere des Gehäuses 9 nach unten gegen die Umgebung gasdicht ab. Die Schubstange 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Rohr ausgebildet, das im oberen Bereich Löcher zum Einleiten von Spülgas in das gasdichte Gehäuse 9 aufweist. Durch die Druckdifferenz zwischen dem in dem gasdichten Gehäuse 9 herrschenden Druck des Spülgases und dem Umgebungsdruck verformt sich die Membran 21 und biegt sich nach unten durch. Dabei wird das über die Schubstange 16 mit der Membran 21 verbundene Innenelement 6 nach unten bewegt, sodass sich der Ringspalt 8 öffnet. Hierzu muss die Kraft der Feder 18 überwunden werden, die das Innenelement 6 zuverlässig in der Schließstellung hält. Die Feder 18 befindet sich im Inneren eines Federgehäuses 23, in welches von unten ein Vorspannring 24 zum Vorspannen der Feder 18 eingeschraubt ist. Mit dem Vorspannring 24 kann die Vorspannung der Feder 18 so eingestellt werden, wie es für den konkreten Anwendungsfall erforderlich ist. Die Feder 18 stützt sich nach oben gegen eine mit der Membran 21 verschraubte Druckscheibe 25 ab. Die Druckscheibe 25 ist durch die Membran 21 hindurch mit einem Halterungsring 26 verschraubt, der wiederum gasdicht mit der Schubstange 16 verschweißt ist. Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schubstange 16 über ein Gelenk 27 mit dem Innenelement 6 des Keramikkörpers 2 verbunden. Das Gelenk 27 wird durch ein Verbindungsstück 28 gebildet, das von einem Lagertopf 29 aufgenommen wird. Der Lagertopf 29 ist von unten mittels Gewindebolzen 30 an dem Innenelement 6 befestigt. Durch das Gelenk 27 können mit Vorteil ein seitlicher Versatz sowie auch ein Winkelversatz der Schubstange 16 relativ zu dem Innenelement 6 ausgeglichen werden. Zu einem solchen Versatz kann es aufgrund der unter Umständen nicht präzise kontrollierbaren Verformung der Membran 21 oder auch aufgrund thermischer Ausdehnung der gesamten Vorrichtung ohne weiteres kommen. Durch das Gelenk 27 wird vor allem verhindert, dass durch den auftretenden Versatz eine Beschädigung des aus sprödem Keramikmaterial bestehenden Innenelementes 6 bei der Betätigung der Gasspülvorrichtung auftritt.

Die Fig. 3a und 3b zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung, die ähnlich dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. Der Hauptunterschied besteht darin, dass bei den in den Fig. 3a und 3b dargestellten Ausführungsbeispielen das Innenelement 6 des Keramikkörpers 2 kürzer ausgebildet ist als das Außenelement 5, und zwar derart, dass sich das gasdicht abgeschlossene Volumen 9 im Bereich unterhalb des Innenelementes 6 in den Keramikkörper hinein erstreckt. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform, was in den Fig. 3a und 3b gut zu erkennen ist. Die verformbare Membran 21 wird bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3a und 3b von dem den Keramikkörper 2 seitlich und an dessen Unterseite 7 umgebenden Blechmantel 10 gebildet. In Fig. 3a ist an den Blechmantel 10 ein ringförmiges Halterungselement in Form eines konischen Rings 31 angeschweißt, der den Blechmantel 10 nach unten verlängert. Der Ring 31 ist wiederum mit Streben 30 verschweißt, durch die das Federgehäuse 23 abgestützt wird. Die in der Fig. 3a dargestellte Ausführungsform ist dazu bestimmt, ähnlich wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, in ein metallurgisches Schmelzgefäß eingebaut zu werden, sodass die Vorrichtung insgesamt bündig mit der Wandung des Gefäßes abschließt. Bei dem in der Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiel ist demgegenüber an dem Blechmantel 10 ein zylindrischer Ring 32 angeschweißt, der aus der Bodenwandung bzw. aus der Seitenwandung des metallurgischen Gefäßes herausragt. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 3a und 3b können je nach Bedarf gewählt werden, und zwar in Abhängigkeit vom zur Verfügung stehenden Platz in der Umgebung des metallurgischen Gefäßes und in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke des Keramikkörpers 2.

In der Fig. 4, die die Gasspülvorrichtung gemäß Fig. 2 von unten zeigt, ist zu erkennen, wie das Federgehäuse 23 durch die Streben 30, die mit der Wandung 10 verschweißt sind, abgestützt wird.

Den erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtungen wird das Spülgas sinnvollerweise durch ein in der Gaszuleitung angeordnetes 3-Wege-Ventil zugeführt, das in den Figuren nicht näher dargestellt ist. Durch ein solches 3-Wege-Ventil ist gewährleistet, dass sich der Ringspalt 8 beim Absperren des Ventils ausreichend schnell wieder schließt. Mittels des 3-Wege-Ventils wird beim Absperren der Spülgaszufuhr gleichzeitig das in dem Gehäuse 9 unter Druck stehende Gas in die Umgebung abgelassen. Es steht dann die volle Kraft der Feder 18 für ein schnelles Schließen des Ringspalts 8 zur Verfügung.

Bei der erfindungsgemäßen Gasspülvorrichtung können zum Halten des Innenelementes 6 des Keramikkörpers 2 in der Schließstellung auch mehr als nur eine Feder 18 vorgesehen sein. Es besteht die Möglichkeit, mehrere Federn außerhalb der Mittelachse der Gasspülvorrichtung auf die Membran 21 einwirken zu lassen, um die Zuverlässigkeit der Gasspülvorrichtung dadurch weiter zu erhöhen.

Weiterhin ist es sinnvoll, eine zwischen dem Keramikkörper 2 und der Feder 18 angeordnete thermische Isolierung vorzusehen. Eine geeignete Schicht aus thermisch isolierendem Material kann bei den in den Fig. 3a und 3b dargestellten Ausführungsbeispielen beispielsweise in dem schmalem Spalt zwischen dem Außenelement 5 des Keramikkörpers und der Membran 21 untergebracht werden. Durch eine solche thermische Isolierung wird die Feder 18 gegen die von der Metallschmelze ausgehende hohe thermische Belastung wirksam geschützt.

- Ansprüche -

Claims

Patentansprüche

1. Gasspülvorrichtung für ein metallurgisches Schmelzgefäß (1 ), mit einem konisch geformten Keramikkörper (2), der an seiner Oberseite (3) mit einer in dem Schmelzgefäß (1) befindlichen Metallschmelze (4) in Kontakt kommt, wobei der Keramikkörper (2) ein statisches Außenelement (5) und ein darin axial bewegliches Innenelement (6) umfasst, sowie mit einem pneumatischen Antrieb (15), durch den das Innenelement (6) relativ zu dem Außenelement (5) des Keramikkörpers (2) axial zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung hin und her bewegbar ist, wobei eine Feder (18) vorgesehen ist, durch deren Federkraft das Innenelement (6) in der Schließstellung gehalten wird, und mit einem an der Unterseite (7) des Keramikkörpers (2) angeordneten, gasdicht abgeschlossenen Volumen (9), welches mit einer Gaszuleitung zum Einleiten von Spülgas verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der pneumatische Antrieb (15) eine mit dem Innenelement (6) verbundene verformbare Membran (21) aufweist, auf welche die Druckdifferenz zwischen dem in dem gasdicht abgeschlossenen Volumen (9) herrschenden Druck des Spülgases und dem Umgebungsdruck einwirkt.

2. Gasspülvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenelement (6) und dem Außenelement (5) ein durchgehender konischer Ringspalt (8) ausgebildet ist, der sich von der Oberseite (3) des Keramikkörpers (2) bis zu dessen Unterseite (7) erstreckt.

3. Gasspülvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gasdicht abgeschlossene Volumen (9) von einem

Gehäuse an der Unterseite des Keramikkörpers gebildet wird, wobei die Seitenwandung (10) des gasdichten Gehäuses (9) konisch ausgebildet ist, derart, dass sich die konische Formgebung des Keramikkörpers (2) im Bereich des Gehäuses (9) fortsetzt.

4. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Antrieb (15) eine Schubstange (16) umfasst, über welche die verformbare Membran (21) mit dem Innenelement (6) verbunden ist.

5. ^' Gasspülvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (16) als Rohr ausgebildet ist, die als Gaszuleitung zum Einleiten des Spülgases in das gasdicht abgeschlossene Volumen bzw. in das Gehäuse (9) dient.

6. Gasspülvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (16) über ein Gelenk (27) mit dem Innenelement (6) verbunden ist.

7. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Antrieb (15) einen Membranzylinder (20) umfasst, wobei an den Zylinderraum des Membranzylinders (20) ein aus dem gasdichten Gehäuse (9) heraus geführtes Entlüftungsrohr (22) angeschlossen ist.

8. Gasspülvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine gegen die Seitenwandung (10) des gasdichten Gehäuses (9) abgedichtete Bodenplatte (11), wobei die Bodenplatte (11) über Streben (12) mit einer an der Unterseite (7) des Keramikkörpers (2) angebrachten Befestigungsplatte (13) verbunden ist.

9. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Membran (21 ) das Innere des Volumens (9) nach unten gegen die Umgebung gasdicht abschließt.

10. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein in der Gaszuleitung angeordnetes 3-Wege-Ventil.

11. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (6) des Keramikkörpers kürzer ausgebildet ist als das Außenelement (5), und zwar derart, dass sich das gasdicht abgeschlossene Volumen (9) im Bereich unterhalb des Innenelementes (6) in den Keramikkörper (2) hinein erstreckt.

12. Gasspülvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Membran (21) von einem den Keramikkörper (2) seitlich und an dessen Unterseite (7) umgebenden Blechmantel (10) gebildet wird.

13. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet, durch eine zwischen dem Keramikkörper (2) und der Feder (18) angeordnete thermische Isolierung.

14. Gasspülvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (18) an der Unterseite (7) des Keramikkörpers (2) innerhalb eines Federgehäuses (23) befindet, wobei sich die Feder (18) einerseits an der Membran (21) und andererseits an einem in das Federgehäuse (23) einschraubbaren Vorspannring (24) abstützt, mittels welchem die Vorspannung der Feder (18) einstellbar ist.

15. Gasspülvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Federgehäuse (23) über Streben (30) entweder mit dem Blechmantel (10) des Keramikkörpers (2) oder mit einem ringförmigen Halterungselement (31 , 32), das seinerseits mit dem Blechmantel (10) verbunden ist, verschweißt ist. - Zusammenfassung -